硫化鋅納米結構的物性研究.pdf

1、由于量子限制效應與表面效應，低維半導體納米結構呈現出許多新奇的物理和化學特性。本文以重要的半導體ZnS納米結構為研究對象，采用密度泛函理論，系統地研究了ZnS納米線和納米團簇結構的穩(wěn)定性、電子性質、力學性質和摻雜磁性，取得了下列研究成果：
　　 在理論上比較性研究了閃鋅礦和纖鋅礦ZnS納米線的結構、穩(wěn)定性和電子性質，重點揭示了纖鋅礦納米線的力學性質。結果首先表明，與體材料不同，在小尺寸下纖鋅礦ZnS納米線比閃鋅礦結構更穩(wěn)定，兩種

2、納米線還呈現出不同的電子性質，我們在理論上分析了內在的物理原因。其次，在結構優(yōu)化計算的基礎上，我們指出對不同的表面吸附原子，納米線的楊氏模量隨尺寸的變化關系不同。純納米線和表面水分子吸附情形下，納米線的楊氏模量較體材料大，并且隨尺寸的增加而逐漸減小。而氫鈍化納米線的楊氏模量較體材料要小，且隨尺寸的增加而逐漸增加。以上結果，成功說明了國際上不同實驗小組對ZnS納米線楊氏模量測量的矛盾實驗結果；進一步在理論上分析表明，表面弛豫和系統內部原子

3、的非線性效應共同決定了納米線的力學性質。
　　 利用密度泛函理論，全面地研究了過渡金屬(Cr、Mn、Fe、Co和Ni)原子摻雜ZnS納米線的結構、電子性質和磁學性質。研究發(fā)現，所有的過渡金屬原子趨向于納米線的內部替位而不是表面替代。在雙磁性原子摻雜情形下，沒有形成團簇的趨勢。所有摻雜納米線的形成能都小于純納米線的形成能，表明磁性原子摻雜是放熱過程。從分態(tài)態(tài)密度圖上，可以很明顯看到磁性原子的d態(tài)和硫原子的p態(tài)的雜化，是摻雜納米線磁

4、性的根源。特別重要的是，對Cr內雙摻雜ZnS納米線，計算結果顯示在室溫下應具有鐵磁性，表明這類ZnS納米線有可能應用于未來自旋電子學器件。
　　 采用密度泛函理論與遺傳算法相結合的全局結構優(yōu)化算法，系統地研究了ZnS團簇的結構、電子性質和磁學性質。結果顯示ZnS小團簇結構演化趨勢和幻數規(guī)律，并解釋了實驗結果。在此基礎上，以高對稱性構型(ZnS)12團簇作為基元，研究了過渡金屬原子Mn和Cr摻雜(ZnS)12團簇的結構、電子性質和