采用基于密度泛函理论(Density function theory,DFT)的第一性原理方法,计算研究了AlN中掺杂Mg后的电子结构和磁性.我们从理论上给出了AlN:Mg的晶体结构参数和电子结构,计算了铁磁相和反铁磁相的总能,发现AlN:Mg具有半金属特性,并且其铁磁相更稳定.我们通过分析比较AlN和AlN:Mg的电子结构,解释了非磁性杂质Mg掺杂在AlN中产生磁性的原因是Mg取代Al后,会在自旋向下的价带顶部引入空穴,导致费米能级移入价带中,从而使自旋向上和自旋向下的态密度产生不对称的分布,从而导致材料中有净磁矩.另外,通过比较AlN∶Mg的多种构型的形成能,发现在纤锌矿结构AlN中掺入Mg比较容易实现,在闪锌矿结构中次之,但对于其它几何构型,由于形成能太高,Mg很难掺入到材料中.这种材料可作为制备非磁性掺杂的半导体自旋电子器件的备选材料.
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