【摘 要】
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稀磁半导体因其在自旋场效应晶体管、磁存储器、磁传感器等自旋电子器件中的广泛应用成为物理和材料科学领域中的研究热点。SiC由于具有宽禁带、高热导率、抗辐照和耐磨性好等优异特性,有望成为高温、高压、高频等极端环境下自旋电子器件的候选材料。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了空位缺陷SiC、3d过渡族金属（TM）掺杂6H-SiC以及Gd掺杂SiC中各种缺陷复合体引起的电子结构和磁矩的变化。具体
【基金项目】
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国家自然科学基金（11204064）；
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稀磁半导体因其在自旋场效应晶体管、磁存储器、磁传感器等自旋电子器件中的广泛应用成为物理和材料科学领域中的研究热点。SiC由于具有宽禁带、高热导率、抗辐照和耐磨性好等优异特性,有望成为高温、高压、高频等极端环境下自旋电子器件的候选材料。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了空位缺陷SiC、3d过渡族金属（TM）掺杂6H-SiC以及Gd掺杂SiC中各种缺陷复合体引起的电子结构和磁矩的变化。具体研究内容如下:（1）计算了空位缺陷3C-SiC、4H-SiC及6H-SiC的形成能、电子结构和磁性质。研究发现Si空位和C空位都可以在禁带中引入缺陷能级,对体系的导电性和磁矩产生影响。C空位的形成能比Si空位的形成能小。Si空位能够引入一定的磁矩,且磁矩随着Si空位浓度的增大而增大,当Si空位浓度为12.5%时,为体系引入约4.2μB的总磁矩。硅碳双空位引入约1μB的磁矩。相比之下,C空位对体系磁矩的影响较弱。（2）计算了3d过渡金属掺杂6H-SiC的电子结构和磁矩。计算结果表明,V、Cr、Mn、Co和Cu杂质能够为半导体贡献不同的原子磁矩,而Fe和Ni的原子磁矩为零。然而,当Fe原子与相邻的Si或C空位形成复合体时,因其周围晶体场的变化能够贡献约2μB的磁矩,这表明Fe注入SiC时引入的本征Si或C空位是引起Fe掺杂SiC体系呈现磁性的原因。（3）计算了Gd掺杂SiC以及与Si空位、C空位形成的缺陷复合体的磁性质。计算结果表明,Gd掺杂SiC后,因Gd的原子半径大于Si的原子半径而导致体系的晶胞体积增大。Gd半填充的4f电子为SiC引入约7.5μB的磁矩,但是Gd周围的Si空位对体系的磁矩几乎没有贡献,这与Gd掺杂Ga N的结果不同。
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