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GaN基稀磁半导体的理论与实验研究的中期报告
1.引言
稀磁半导体是一类特殊的半导体材料。与传统半导体材料不同的是，稀磁半导体在其晶格中掺杂有稀磁元素，如铁、钴、镍等。这些稀磁元素在晶格中自带磁矩，因此具有磁性。在稀磁半导体中，稀磁元素的磁性和半导体的光电性质可以相互作用，使得这些材料具有磁性和光电性能的结合，并有可能应用于磁光存储、磁光调制器、磁光传感器等领域。本文主要介绍了我们团队在GaN基稀磁半导体的理论与实验研究方面的中期进展。
2.理论模拟
在理论模拟方面，我们使用密度泛函理论（DFT）对GaN基稀磁半导体进行了计算。DFT是一种基于量子力学的计算方法，可以模拟材料的电子结构、能带结构等物理性质。我们对掺杂Fe、Co、Ni的GaN半导体进行了计算，并得到了它们的能带结构和磁性质。计算结果显示，掺杂Fe、Co、Ni的GaN半导体都具有磁性，且其磁矩与稀磁原子的掺杂浓度有关。此外，我们还计算了GaN基稀磁半导体的电子密度分布，发现稀磁原子的掺杂会引起局部电子密度的变化，进而影响材料的电子输运性质。
3.实验研究
在实验研究方面，我们合成了掺杂Fe、Co、Ni的GaN薄膜，并对其进行了结构和磁性的表征。XRD测试结果显示，掺杂Fe、Co、Ni的GaN薄膜仍保持了GaN本身的六方晶体结构。通过磁性测试，我们发现掺杂Fe、Co、Ni的GaN薄膜都具有磁性，且其磁矩与稀磁原子的掺杂浓度有关。此外，我们还对掺杂Fe、Co、Ni的GaN薄膜进行了电学测试，发现随着稀磁原子的掺杂浓度的增加，GaN薄膜的电阻率呈现出先增加后减小的趋势。
4.结论和展望
通过理论模拟和实验研究，我们发现掺杂Fe、Co、Ni的GaN基稀磁半导体具有磁性和光电性的结合特点，且其性质受稀磁原子的掺杂浓度和位置的影响。接下来，我们将继续深入研究Mn、Cr等稀磁元素的掺杂对GaN基稀磁半导体性质的影响，并进一步探究其应用于磁光存储、磁光调制器等领域的潜力。