مطالعه ی ابتدابه ساکن و تجربی نیمرسانای مغناطیسی رقیق بر پایه ی اکسید روی

در این پایان نامه، نانوذرات اکسید روی آلاییده به غلظت های مختلف کبالت، به یک روش ساده و سریع ساخته شدند. این روش مبتنی بر تجزیه ی حرارتی استات های کبالت و روی در حضور اسید سیتریک است. نمونه های ساخته شده به این روش به وسیله ی طیف پراش اشعه ی ایکس، طیف سنجی مادون قرمز، طیف سنجی فوتولومینسانس، طیف سنجی جذب نوری در ناحیه ی فرابنفش-مرئی و ?مغناطیس سنج اسکویید ?(??squid??) مشخصه یا بی شدند. در درصدهای آلایش کمتر از ?? درصد، تغییرات ساختاری، ناچیز و کاهش مقدار گاف ممنوعه، محسوس می باشد. اندازه ی متوسط دانه ها بر اساس آنالیز های حاصل از طیف پراش اشعه ی ایکس، حدود ?? نانومتر تخمین زده شد. نقایصی از قبیل روی بین جایگاهی، تهی جای روی و بازترکیب اِکسیتونی به وسیله طیف فوتولومینسانس، مشخص شد. رفتار پارامغناطیسی برای همه ی نمونه ها به وسیله ی اندازه گیری مغناطش ، گزارش داده شد. به منظور مطالعه ی مغناطش این سیستم، نظریه ی تابعی چگالی به کار گرفته شد. این نظریه به علت خطای خودبرهمکنش قادر به پیش بینی درست گاف ممنوعه ی نیمرساناها نمی باشد. بنابراین برای پیش بینی درست گاف ممنوعه و خواص مربوط به آن از تقریب بس ذره ای gw و تقریب asic استفاده شد. چگالی حالت های شبه ذره با استفاده از تک شلیک gw موسوم به g0w0 و gw خودسازگار (scgw) با نقاط شروع مختلف کوهن-شم و تابعی هیبریدی hse06 مطالعه شد. میدان بلوری ورتسایت، حالت های اسپین پایین 3d کبالت را به حالت های e و t_2 می شکند که موقعیت دقیق آن ها مخصوصاً با تقریب های lda و gga دقیقاً مشخص نیست. با توجه به وجود سناریوی جدید تقریب بس ذره ای gw و اعتبار آن در پیشگویی گاف ممنوعه و انرژی بستگی d نیمرساناهای با گاف عریض مثل zno،zns و lif،ما نیز با استفاده از این تقریب موقعیت تراز t_2 را با نقاط شروع مختلف، ?/? تا ?/? الکترون ولت بالای کمینه ی نوار رسانش پیش بینی کرده ایم. این بدین معنی است که پیش بینی حضور فاز فرومغناطیسی در اکسیدروی آلاییده به کبالت بدون نقص، حتی در آلایش های نوع n به اندازه ی کافی زیاد، امکان پذیر نمی باشد. سپس، به منظور درک بهتر از نقش ساختار نقص های گسترده در پایداری بلندبرد نظم مغناطیسی، ساختار الکترونی مرزدانه ی sigma 7 دراکسید روی آلاییده به کبالت، مورد مطالعه قرار گرفته است. همبستگی بین وجود مرزدانه و نظم فرومغناطیسی به کمک محاسبات ساختار الکترونی ابتدا به ساکن بررسی شد. تعیین اختلاف کمّی و کیفی بین ساختار الکترونی حالت توده ی ماده شامل آلاینده ی کبالت و ماده ی شامل مرزدانه و آلاینده ی کبالت کلید فهم و درک این پدیده است. به این منظور، رهیافت نظریه ی تابعی چگالی و تقریب asic گنجانده شده در بسته ی محاسباتی siesta را به کار بسته ایم. در فصل پایانی، محاسبات پتانسیل کامل، جهت مطالعه ی گذار حلقه-قفس در خوشه های کوچک اکسید روی zno)n) و اثر آن بر خواص الکترونی و ترمودینامیک ارتعاشی سیستم انجام شد. منشأ این گذار ساختاری، که در n=9 اتفاق می افتد، با مطالعه ی زاویه ی پیوندی zn-o-zn،قدرت پیوند zn-o و تعداد پیوندها بررسی می شود. اندازه ی ??، کوچکترین عدد جادویی خوشه های اکسید روی در حالت پایه است در حالی که برانگیختگی های ارتعاشی، پایداری نسبی خوشه ی zno9 را افزایش می دهد و آن را به عدد جادویی در دماهای بیشتر از حدود ??? درجه ی کلوین تبدیل می کند. ساختار الکترونی به دست آمده، قبل و بعد از به کار گرفتن تصحیح بس ذره ای gw،یک انتقال قرمز ناشی از گذار ساختاری حلقه-قفس را در سیستم نشان می دهد. رفتار نقاط اکسترمم چگالی الکترون خوشه ها و برون یابی به سمت خوشه های بزرگتر می تواند به پیش بینی یک فاز شبه پایدار در کنار ساختار توده ای اکسید روی شود.