First Principles Calculations on Electronic Structure and Magnetism of Transition Metal Doped ZnO

In this study we investigate the electronic structure and magnetism of transition metal (TM = Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Pd, Ag ) deped ZnO($TM_{0.25}Zn_{0.75}O$), which are expected to have Curie temperature. Full-potential Linearized Augmented Plane Wave(FLAPW) metod is adopted with exchange-correlation potential expressed as general gradient approximation(GGA). The calculated magnetic moments of ($TM_{0.25}Zn_{0.75}O$) are 0.83, 3.03, 4.03, 3.48, 2.47, 1.56, 0.43, 0.75, 0.01 ${\mu}_B$ for TM = Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Pd, Ag, respectively. The nearest neighbor O atom to the transition metal is calculated to have a significant magnetic moment of about 0.1${\mu}_B$, ?? 새 strong hybridization between O-p and TM-d bands. As the results, the systems may have larger magnetic moments in total, compared to the corresponding isolated atoms. The 3d TM doped systems exhibit the half-metallic character except Co, wheres the 4d TM doped systems behave like normal metals and low spin polarization at the Fermi levels.

전이금속이 도핑된 ZnO의 전자구조와 자성에 대한 제일원리계산

높은 큐리온도를 가질 수 것으로 예측된 전이금속이 도핑된 ZnO의 전자구조와 자성을 제일원리계산방법을 이용하여 연구하였다. 본 연구에서 전이금속은 Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Pd, Ag 이고 도핑 수준은 25%로 두고 계산하였다. 자성연구에서 가장 적합한 방법으로 알려져 있는 Full-potential Linearized Augmented Plane Wave(FLAPW)방법을 사용하였으며 교환-상관 전위는 general gradient approximation(GGA)를 사용하였다. 도핑된 전이금속 (Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Pd, Ag)은 각각 0.83, 3.03, 4.03, 3.48, 2.47, 1.56, 0.43, 0.75, 0.01 ${\mu}_B$의 자기모멘트를 가지며, 전이금속에 이웃한 O 원자도 가안 띠혼성으로 측정 가능한 자기모멘트를 가질 수도 있는 것으로 계산되었다. 3d 전이금속이 도핑된 ZnO는 (CoZnO를 제외하고) 절반금속 특성을 가지는 것으로 계산되었다. 또한 4d 전이금속이 도핑된 경우는 강자성 상태가 상자성 상태에 비해 에너지차이가 크지 않을 뿐 아니라 페르미 준위에 다수 스핀과 소수 스핀 상태 모두가 페르미 준위에 위치해 있어 스핀분극 정도가 낮았다.