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本書主要介紹了應(yīng)變和缺陷態(tài)對(duì)Mn、Sm、Ce 摻雜ZnO磁光性能的影響，利用第一性原理計(jì)算，探索其磁光性能調(diào)控的機(jī)理，包括過渡金屬M(fèi)n 摻雜和氧空位缺陷態(tài)的耦合作用對(duì)ZnO磁光性能的調(diào)控以及調(diào)控機(jī)理，稀土元素Sm 摻雜、點(diǎn)缺陷以及應(yīng)變耦合作用對(duì)ZnO磁光能性能的調(diào)控及調(diào)控機(jī)理，以及稀土元素Ce 摻雜、點(diǎn)缺陷以及應(yīng)變耦合作用對(duì)ZnO磁光性能的調(diào)控及調(diào)控機(jī)理。通過這三個(gè)調(diào)控機(jī)制研究ZnO磁光性能，不僅可以揭示點(diǎn)缺陷、摻雜和應(yīng)變耦合作用對(duì)ZnO磁光性能調(diào)控機(jī)理以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)長期困擾實(shí)驗(yàn)研究的缺陷問題也給出了合理解釋。本書內(nèi)容對(duì)于理解ZnO磁光性能的調(diào)控機(jī)理以及設(shè)計(jì)ZnO 材料將有所幫助。本書可供太陽能電池、自旋電子器件以及光催化等領(lǐng)域的研究人員參考使用，也可供從事材料計(jì)算的研究人員閱讀使用。

在當(dāng)今材料科學(xué)蓬勃發(fā)展的時(shí)代，半導(dǎo)體材料憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在光電器件、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。氧化鋅（ZnO）作為一種寬禁帶半導(dǎo)體，因具備優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性，成為科研工作者的重點(diǎn)研究對(duì)象。通過對(duì)其進(jìn)行元素?fù)诫s和缺陷工程調(diào)控，可進(jìn)一步拓展ZnO的功能特性，而錳（Mn）、釤（Sm）、鈰（Ce）等元素的引入，為ZnO在磁光領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的方向。而基于第一性原理的計(jì)算方法，能從原子和電子層面深入探究材料性能變化的本質(zhì)，為實(shí)驗(yàn)研究和材料設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。
本書圍繞錳、釤、鈰摻雜氧化鋅的磁光性能展開系統(tǒng)論述。第1章介紹了理論與計(jì)算方法，為后續(xù)章節(jié)的深入分析奠定基礎(chǔ)。第2章聚焦本征點(diǎn)缺陷對(duì)ZnO磁光性能的影響，揭示缺陷在材料性能調(diào)控中的基礎(chǔ)作用。第3章詳細(xì)探討了Mn摻雜與點(diǎn)缺陷、點(diǎn)缺陷價(jià)態(tài)對(duì)ZnO磁光電性能的協(xié)同影響，挖掘Mn元素?fù)诫s帶來的性能變化規(guī)律。第4章深入研究Sm摻雜、點(diǎn)缺陷、點(diǎn)缺陷價(jià)態(tài)及應(yīng)力對(duì)ZnO磁光性能的復(fù)雜作用機(jī)制，展現(xiàn)多因素共同作用下材料性能的演變特征。第5章則著重分析Ce摻雜、點(diǎn)缺陷和應(yīng)變對(duì)ZnO磁光性能的影響，探索Ce元素?fù)诫s在材料性能優(yōu)化方面的潛力。
本書的順利完成，離不開各位作者的辛勤付出與通力合作。其中，第1～3章由內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)關(guān)玉琴完成，第4章由內(nèi)蒙古職業(yè)建筑技術(shù)學(xué)院楊愛榮執(zhí)筆，第5章由內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)許鎮(zhèn)潮負(fù)責(zé)。本書在寫作過程中得到了內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)侯清玉教授的支持，在此表示誠摯的感謝。
盡管我們?cè)谘芯窟^程中竭盡全力，但由于研究的復(fù)雜性和學(xué)術(shù)水平的局限性，書中難免存在不足之處，懇請(qǐng)各位同行專家不吝賜教。

著者
2025年6月

第1章理論與計(jì)算方法 001
1.1 稀磁半導(dǎo)體002
1.2 稀磁半導(dǎo)體的磁性來源003
1.2.1 RKKY 理論003
1.2.2 平均場(chǎng)理論004
1.2.3 雙交換作用理論005
1.2.4 束縛磁極化子（BMP）理論007
1.3 稀磁半導(dǎo)體的吸收光譜008
1.3.1 伯斯坦- 莫斯（B-M）效應(yīng)009
1.3.2 帶隙重整化效應(yīng) 010
1.4 能帶理論 012
1.4.1 絕熱（Born-Oppenheimer）近似 013
1.4.2 單電子（Hartree）近似 013
1.4.3 Hartree-Fock 近似 014
1.5 密度泛函（DFT）理論 015
1.5.1 Hohenberg-Kohn 定理 015
1.5.2 Kohn-Sham 方程 016
1.5.3 局域密度近似（LDA）017
1.5.4 廣義梯度近似（GGA）018
1.5.5 雜化密度泛函 019
1.6 應(yīng)變理論 019
參考文獻(xiàn)020

第2章含本征點(diǎn)缺陷的ZnO磁光性能分析 023
2.1 模型與計(jì)算方法024
2.2 含本征點(diǎn)缺陷ZnO 的穩(wěn)定性分析025
2.3 含本征點(diǎn)缺陷ZnO 的磁性分析028
2.4 含本征點(diǎn)缺陷ZnO 的光學(xué)性質(zhì)分析032
參考文獻(xiàn)038

第3章 Mn 摻雜ZnO 的磁光性能分析 041
3.1 含點(diǎn)空位的不同位置Mn 摻雜ZnO磁光性能分析042
3.1.1 模型與計(jì)算方法042
3.1.2 結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性分析043
3.1.3磁性分析048
3.1.4 光學(xué)性質(zhì)分析055
3.2 含點(diǎn)空位的不同濃度Mn 摻雜ZnO磁光性能分析060
3.2.1 模型與計(jì)算方法 061
3.2.2 結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性分析062
3.2.3磁性分析063
3.2.4 光學(xué)性質(zhì)分析068
3.3 含點(diǎn)空位的不同價(jià)態(tài)Mn 摻雜ZnO磁光性能分析074
3.3.1 模型與計(jì)算方法075
3.3.2 結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性分析076
3.3.3磁性分析080
3.3.4 光學(xué)性質(zhì)分析085
參考文獻(xiàn) 091

第4章含點(diǎn)缺陷的Sm 摻雜ZnO 的磁光性能 097
4.1 不同價(jià)態(tài)缺陷對(duì)ZnO:Sm磁光性能的影響098
4.1.1 模型與計(jì)算方法098
4.1.2 對(duì)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的影響 100
4.1.3 對(duì)磁學(xué)性能的影響 103
4.1.4 對(duì)光學(xué)性能的影響 110
4.2 應(yīng)變對(duì)ZnO:Sm磁光性能的影響 119
4.2.1 模型與計(jì)算方法 119
4.2.2 對(duì)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的影響 121
4.2.3 對(duì)磁學(xué)性能的影響 124
4.2.4 對(duì)光學(xué)性能的影響 131
4.3 不同價(jià)態(tài)缺陷和應(yīng)變對(duì)ZnO:Sm磁光性能的影響 136
4.3.1 模型與計(jì)算方法 137
4.3.2 對(duì)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的影響 138
4.3.3 對(duì)磁學(xué)性能的影響 142
4.3.4 對(duì)光學(xué)性能的影響 149
參考文獻(xiàn) 150

第5章應(yīng)變對(duì)含點(diǎn)缺陷Ce 摻雜ZnO磁光性能的影響 155
5.1 應(yīng)變對(duì)Ce 摻雜ZnO磁光性能的影響 156
5.1.1 模型和計(jì)算方法 156
5.1.2 對(duì)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響 157
5.1.3 對(duì)光學(xué)性能的影響 159
5.1.4 對(duì)磁性能的影響 166
5.2 應(yīng)變對(duì)Ce 摻雜與間隙H 共存的ZnO磁光性能的影響 170
5.2.1 模型與計(jì)算方法 170
5.2.2 對(duì)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響 173
5.2.3 對(duì)光學(xué)性能的影響 176
5.2.4 對(duì)磁性能的影響 186
5.3 應(yīng)變對(duì)Ce 摻雜與點(diǎn)空位共存的ZnO磁光性能的影響 190
5.3.1 模型和計(jì)算方法 190
5.3.2 對(duì)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的影響 192
5.3.3 對(duì)光學(xué)性能的影響 195
5.3.4 對(duì)磁性能的影響204
參考文獻(xiàn)208

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