题目：过渡金属掺杂AlN与Beo纳米管的第一性原理研究

1988年在(Fe/Cr)多层膜中巨磁电阻效应的发现和1995年在铁磁性隧道结材料中室温高隧穿电阻效应的发现，引起了科学界广泛的兴趣与重视，迅速发展成为围绕电子自旋控制的全新研究领域——自旋电子学。自旋电子学同时利用电子的自旋和电荷属性，与传统的半导体器件相比，具有能量消耗小、集成密度大、信息不易丢失并且能提高数据处理速度等优点，自旋电子学器件的应用将为电子业带来革命性的变化。探寻自旋注入效率高的新型材料是实现自旋电子学器件应用的重要前提。目前对自旋流注入材料的研究主要集中在稀磁半导体和半金属铁磁体两种材料上。而AlN和BeO纳米管具有较宽的带隙，通过掺杂过渡金属可以得到高自旋极化率(100%)的半金属材料，因此，AlN和BeO基半金属在自旋电子学领域具有重要的应用价值。
本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法，计算过渡金属(V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni和Cu)替代式掺杂扶手椅型(5,5)和锯齿型(8,0)AlN和BeO纳米管的优化结构、态密度、电子结构、电荷密度和磁矩等性质，得到的主要结果如下：
(1) 我们对过渡金属掺杂(5,5)和(8,0)AlN纳米管作了系统的研究。优化结构表明，与纯AlN纳米管相比，用3d过渡金属杂质掺杂后的AlN纳米管，在过渡金属杂质周围出现了结构变形，Al离子和N离子之间产生了褶皱现象。对磁矩的计算和分析表明，V-，Cr-和Mn-掺杂AlN纳米管的磁矩依次增大，Fe-掺杂AlN纳米管的磁矩达到最大，Co-，Ni-和Cu-掺杂AlN纳米管的磁矩依次减小。磁矩稍小于宏德定则预测的掺杂过渡金属离子的磁矩，主要是因为过渡金属最近邻的N原子和次近邻的Al原子的P轨道与过渡金属的d轨道之间的强杂化。总DOS的分析表明，V-和Ni-掺杂(5,5)和(8,0)AlN纳米管是半金属，具有100%的自旋极化，是制备自旋极化材料的最佳备选材料。
(2) 我们对过渡金属掺杂(5,5)和(8,0) BeO纳米管作了系统的研究。优化结构表明，过渡金属在掺杂后的BeO纳米管的过渡金属周围引起了结构变形。总态密度的分析表明，Ni掺杂(5,5)BeO纳米管后，费米能级附近产生了杂质能级，但是杂质能级自旋向上和自旋向下态密度对称，表明Ni掺杂(5,5)BeO纳米管后体系没有产生磁性。除了Ni掺杂(5,5)BeO纳米管以外，其它所有用3d过渡金属掺杂的(5,5)和(8,0)BeO纳米管在费米能级附近都产生了不对称的自旋向上和自旋向下态密度。表明过渡金属掺杂以后体系有磁性并且磁性来源于过渡金属离子。磁矩稍小于宏德定则预测的掺杂过渡金属离子的磁矩主要是因为过渡金属最近邻的O原子的2p态和Be原子的2p态与过渡金属的3d态之间有强杂化。有价值的是V-，Co-掺杂(5,5)BeO纳米管和V-，Co-和Ni-掺杂(8,0)BeO纳米管是半金属，具有100%的自旋极化，是制备自旋极化材料的最佳备选材料。