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摘要：采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文系统研究了过渡金属Mn原子掺杂的半导体ZnS(110)和(111)表面的电子结构和磁性性质。由于Mn原子之间存在磁致耦合的情况,我们分别计算了单个Mn原子和两个Mn原子的掺杂组态。选取的掺杂模型均为替位式掺杂,即Mn原子取代ZnS表面不同位置的Zn原子。计算并分析了各掺杂组态的几何结构参数、掺杂形成能、体系总磁矩和Mn原子的局域磁矩、电荷密度、总态密度以及Mn原子3d轨道,Zn原子的3d轨道和最近邻S原子3p轨道的分波态密度。结果表明：(1)ZnS(110)表面,当单个原子掺杂时,Mn原子替位于表面第二层的Zn原子时,体系形成能最低,表明该层是最稳定的掺杂位置。此时掺杂引入的总磁矩近似等于5μB。当两个Mn原子掺杂时,Mn与Mn之间呈反铁磁耦合作用时,体系最稳定,且Mn原子几何配位的变化对体系总磁矩影响很小。(2)对于ZnS(111)表面,当单个原子掺杂时,Mn原子替位于表面第一层的Zn原子时,体系形成能最低,表明该层是最稳定的掺杂位置。此外,体系总磁矩的大小随Mn原子掺杂的位置不同而不同。当两个Mn原子掺杂时,Mn与Mn之间呈短程铁磁耦合作用时,体系形成能最低。这种耦合作用是由Mn原子,Zn原子与最近邻S原子之间的杂化作用引起的。此时体系的居里温度达到469K,超过了室温,表明Mn掺杂ZnS(111)表面的材料可以用来制作稀磁半导体,即是自旋电子器件的候选物。无论是(110)还是(111)表面,Mn原子的掺杂,引入的键长变化均小于0.02A。这是因为此种掺杂浓度比较低,对体系结构的影响很小。掺杂引入的Mn原子与半导体ZnS之间的杂化作用是体系总磁矩产生的主要原因。Mn掺杂的ZnS稀磁半导体,因兼具电子电荷和自旋两种自由度,在制造半导体自旋电子器件方面有着广泛的应用前景。我们的计算结果显示Mn掺杂在ZnS(111)表面时,体系的居里温度高达469K,超过了室温,表明此种掺杂材料可以很好地用来制造稀磁半导体。