基于Ni掺杂ZnO中Ni-Ni距离的DFT/B3LYP量子模拟：研究稀磁材料中光学磁耦合与磁工程的关系

《physica status solidi (b)–– basic solid state physics》：DFT/B3LYP Quantum Simulation on the Optical Magnetic Coupling for Magnetic Engineering in Diluted Magnetic Materials Based on Ni–Ni Distance in the Ni-Doped ZnO

　　

摘要

通过磁性掺杂对固态材料进行功能化可以改善其电子和化学性能，例如稀磁材料。功能性材料在新设备中的应用取决于带隙调节以及与晶格中掺杂剂配置的相关性。本研究采用密度泛函理论（Density Functional Theory）/B3LYP方法，对含有6%和12%镍（Ni）掺杂的ZnO材料进行了研究，旨在评估通过调控Ni–Ni间距（受超交换效应控制）来实现磁性engineering的可能性。从热力学角度来看，镍掺杂在形成过程中是稳定的，并且由于熵效应，低Ni–Ni间距有利于镍原子的聚集。材料中的磁性掺杂赋予了重要的化学性质，如带隙的减小，从而激活了光学性能。此外，量子模型表明，磁态与带隙之间的调节体现了光磁耦合：较短的Ni–Ni间距有利于反铁磁有序排列，而较长的间距则有利于铁磁有序排列。这改变了材料的催化行为，提高了活性氧物种的产生和氢气的演化效率。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据可向相应作者提出合理请求后获取。