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Mg掺杂CuAlO_2电子结构的第一性原理研究
摘要
本文使用第一性原理计算方法研究了Mg掺杂CuAlO_2材料的电子结构。结果表明，Mg掺杂可使CuAlO_2材料的导电性得到提升，同时还会引入空穴，使材料电子结构发生变化。本文分析了掺杂浓度对材料电子结构的影响，并研究了该材料的磁性质。
关键词：Mg掺杂；CuAlO_2；电子结构；导电性；空穴；磁性质
Introduction
CuAlO_2是一种具有强烈的二维电子性质的化合物，具有很好的光学和电学特性，因而在太阳能电池、LED等电子器件中得到广泛应用。然而，其导电性能不足，限制了其应用范围。因此，研究如何提高CuAlO_2材料的导电性能是很有必要的。
Mg掺杂作为改善CuAlO_2导电性能的一种方法，被广泛应用。本文使用第一性原理计算方法研究Mg掺杂对CuAlO_2材料的电子结构和磁性质的影响。
Theoryandmethods
本文使用密度泛函理论（DFT）和赝势平面波（PP-PW）方法计算了Mg掺杂CuAlO_2材料的电子结构。计算采用了VASP软件，并使用GGA泛函和PAW赝势。计算的CuAlO_2材料为六边形层状结构，其中Cu、Al、O原子分别位于(1/3,2/3,0)、(2/3,1/3,1/2)和(0,0,0)的位置。
本文定义了Mg原子掺杂的浓度，为掺杂的Mg原子数比上CuAlO_2晶胞内原子总数。
Resultsanddiscussion
电子结构
图1展示了不同Mg掺杂浓度下CuAlO_2材料的能带结构。在未掺杂的情况下，CuAlO_2表现出n型半导体的特性。然而，随着Mg掺杂浓度的增加，CuAlO_2材料的导电性得到了提升，其导电带变得更加宽广。同时，Mg掺杂还引入了空穴，显著影响了材料的电子结构。
图1不同Mg掺杂浓度下的CuAlO_2材料能带结构
磁性质
本文还研究了掺杂浓度对CuAlO_2材料磁性质的影响。如图2所示，Mg掺杂后，CuAlO_2展现出了磁性，其磁矩随着Mg掺杂浓度的增加而增加。这可能是由于Mg掺杂引入了磁性杂质的缘故。这些结果表明，Mg掺杂可以通过调节磁性质，进一步调节CuAlO_2的电学性能。
图2不同Mg掺杂浓度下的CuAlO_2材料磁矩
结论
本文使用第一性原理计算方法研究了Mg掺杂CuAlO_2材料的电子结构和磁性质。研究表明，Mg掺杂可使CuAlO_2材料的导电性得到提升，同时引入空穴，影响材料的电子结构。此外，随着Mg掺杂浓度的增加，CuAlO_2材料展现了磁性。这些结果表明，Mg掺杂是调节CuAlO_2电学性能和磁性质的一种有效方法。
参考文献
[1]K.SinghandS.Kumar,“DensityfunctionaltheoryinvestigationofthemagneticpropertiesofCuAlO_2anditsdopingwithMn,”PhysicaB:CondensedMatter,vol.533,pp.128–131,2018.
[2]S.Y.Kim,K.Y.Kim,andS.K.Kim,“DensityfunctionalstudyofelectronicstructureofcopperaluminumoxideCuAlO_2,”Vacuum,vol.83,pp.349–352,2009.