过渡金属掺杂β-Ga2O3的电子结构和磁性能的第一性原理研究OA
First-Principles Study on Electronic Structure and Magnetic Properties of Transition Metal-Doped β-Ga2O3
本文采用第一性原理计算方法系统地研究了Ga空位和3d过渡金属元素Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu掺杂对β-Ga2O3的几何结构、电子结构、稳定性及磁学性质的影响.计算结果表明,Ga空位和掺杂原子都使β-Ga2O3的几何结构产生了不同程度的局部畸变,但没有破坏β-Ga2O3自身结构的整体对称性.形成能计算结果表明,含Ga空位或掺杂原子的β-Ga2O3体系均是稳定的,并且在富O环境下更容易形成.更重要的,含Ga空位及Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni和Cu掺杂的β-Ga2O3体系基态是磁性的,其磁矩分别为2.51、0.67、0.12、3.00、2.05、1.00、1.00、1.92 μB.通过分析可知含Ga空位及Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni和Cu掺杂的β-Ga2O3体系的磁矩分布与空位或掺杂原子和近邻的氧原子杂化有关,其中过渡金属元素掺杂的β-Ga2O3体系中的磁矩主要来源于3d过渡金属掺杂原子的贡献.
In this paper,the first-principles calculation method was adopted to systematically investigate the effects of Ga vacancies and 3d transition metal elements Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni and Cu doping on the geometric structure,electronic structure,stability and magnetic properties of β-Ga2O3.The calculation results show that both Ga vacancies and doped atoms cause local distortions of different degrees in the geometric structure of β-Ga2O3,but do not destroy the overall symmetry of β-Ga2O3 structure.The formation energy calculation results indicate that β-Ga2O3 systems containing Ga vacancies or doped atoms are all stable and are more likely to be formed in an oxygen-rich environment.More importantly,the ground states of the β-Ga2O3 systems containing Ga vacancies and Ti,V,Cr,Mn,Fe,Ni and Cu doping are magnetic,with magnetic moments of 2.51,0.67,0.12,3.00,2.05,1.00,1.00 and 1.92 μB,respectively.Based on the analysis,it can be concluded that the magnetic moment distribution in β-Ga2O3 systems containing Ga vacancies or doped with Ti,V,Cr,Mn,Fe,Ni,and Cu is associated with the hybridization between the vacancy/dopant atom and its neighboring oxygen atoms.In transition metal-doped β-Ga2O3 systems,the magnetic moments primarily originate from the contribution of 3d transition metal dopants.
王艳杰;李豹;宋俊辉;何星灿;王超;杨帆;闫兴振;迟耀丹;杨小天
吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实验室,长春 130118||吉林建筑大学电气与计算机学院,长春 130118吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实验室,长春 130118||吉林建筑大学电气与计算机学院,长春 130118内蒙古电力(集团)有限责任公司阿拉善供电分公司,阿拉善 750300吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实验室,长春 130118||吉林建筑大学电气与计算机学院,长春 130118吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实验室,长春 130118||吉林建筑大学电气与计算机学院,长春 130118吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实验室,长春 130118||吉林建筑大学电气与计算机学院,长春 130118吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实验室,长春 130118||吉林建筑大学电气与计算机学院,长春 130118吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实验室,长春 130118||吉林建筑大学电气与计算机学院,长春 130118吉林师范大学,四平 136000
数理科学
β-Ga2O3过渡元素掺杂第一性原理密度泛函理论磁学性质电子结构
β-Ga2O3transition metal dopingfirst-principledensity functional theorymagnetic propertyelectronic structure
《人工晶体学报》 2026 (3)
452-460,9
吉林科技厅自然基金(YDZJ202501ZYTS656)国家自然科学基金(62374073,62441402)吉林省教育厅重点项目(JKH2024036KJ)
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