成果简介：
　　理论方面，采用局域自旋密度近似（LSDA）结合在位库伦能修正的方法，研究了3d过渡金属Mn、Co及4f稀有金属Ce掺杂ZnO纳米材料的铁磁（FM）和反铁磁（AFM）性质，从计算的上自旋和下自旋能带结构、电子态密度谱，分析了掺杂体系的磁性来源，定量分析了磁矩的大小。结合计算的能带结构、总体电子态密度（DOS）及分波态密度(PDOS)，分析了ZnO纳米材料的导电机制和电子分布特征，从计算的差分电荷密度和布局，分析了掺杂体系内部原子间电荷的得失情况。实验方面，采用水热法、溶胶-凝胶法制备ZnO粉体和阵列，然后采用电泳法制备场发射阴极样品，分别进行ZnO粉体和复合材料阴极样品的场发射特性测试，并分别比较和分析样品之间、粉体和阵列之间的场发射性能。
　　成果内容提要：
　　1、主要观点：
　　理论计算方面，采用密度泛函理论(DFT)框架下的性原理方法，采用LSDA+U的库伦修正方法以及广义梯度近似（GGA）和平面波泛函，建立3d过渡金属、稀有金属掺杂ZnO体材料以及ZnO纳米线的材料模型，对材料模型分别进行几何优化和性质计算，对比分析掺杂元素种类、掺杂浓度、掺杂方式对纳米材料电磁光性质的影响，设计出具有特定电磁光性质的新型功能材料。从原子层次上揭示3d过渡金属和4f稀有金属掺杂ZnO稀磁半导体的磁性来源和磁性微观机制，揭示磁性离子和自由载流子或束缚载流子之间的铁磁耦合机制。实验研究方面，采用水热法和溶胶凝胶法（Sol-Gel），制备了纳米ZnO粉体及其复合材料，并将其用于阴极场发射制备中，研究其场发射特性。
　　2、创新点
　　构建了3d过渡金属以及4f稀有金属掺杂ZnO纳米线的新颖模型，采用局域自旋密度近似（LSDA+U）的方法，系统研究了3d过渡金属以及4f稀有金属掺杂ZnO材料的电子结构、磁性以及光学性质，对自旋电子结构、铁磁和反铁磁、吸收系数和介电函数的变化规律进行了定性和定量分析，为实验图谱解析和精确监测和控制ZnO材料的生长提供了理论依据。实验方面，采用水热法以及溶胶-凝胶法制备了ZnO粉体和复合材料阵列，将ZnO及其复合材料应用到FED阴极制备中，研究了复合材料的场发射特性，有可能加快FED产品化进展，促进信息产业的发展。
　　3、实践意义
　　目前对ZnO场发射特性的研究和比较主要是针对粉体和阵列自身的比较，粉体和阵列之间的比较较少，本研究成果将ZnO粉体和ZnO阵列的场发射特性比较和分析。与国内外同类研究相比，采用LSDA+U的在位库伦能修正方法，利用精确计算的自旋能带结构和态密度分析了ZnO的电子结构和磁性，为ZnO光电材料的设计与应用提供了理论参考；场发射特性方面，不仅仅针对ZnO粉体和ZnO阵列自身的比较，而且针对粉体和阵列之间的比较。
　　社会反映：
　　论文被纳米ZnO领域的研究者多次参考，对纳米ZnO及其复合材料场发射的研究起到了一定的参考作用。
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