發(fā)布時(shí)間：2020-05-27 00:15

【摘要】：通過(guò)基于密度泛函理論的第一性原理研究,設(shè)計(jì)并搭建了類石墨烯納米片InSe吸附材料的物理模型。優(yōu)化了不同過(guò)渡金屬元素、鹵族元素和超鹵分子吸附的InSe納米片的幾何結(jié)構(gòu),并計(jì)算了它們的吸附能和具有穩(wěn)定吸附相納米片的自旋極化能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度、半金屬性、磁矩等磁電性能,并基于晶體場(chǎng)理論分析了這些性能的微觀機(jī)制,以期對(duì)二維自旋電子器件的理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究提供有價(jià)值的理論參考,并豐富類石墨烯納米片的理論研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)發(fā)現(xiàn)了多種半金屬性納米片TM-InSe。系統(tǒng)研究了它們的結(jié)構(gòu),電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。InSe納米片是典型的半導(dǎo)體,但是,TM-InSe納米片能導(dǎo)電,是典型的半金屬性納米片。TM為Mn、Fe和Co時(shí),TM-InSe納米片的總磁矩分別約為5.180、3.930和1.280μ_B。它們的電導(dǎo)率,半金屬性和磁矩主要來(lái)自于吸附的TM離子,部分來(lái)自于In和Se離子。Mn-InSe和Fe-InSe納米片的TM-3d4s和Se-4p_z電子均以高自旋序列進(jìn)入分子軌道,而Co-InSe納米片的電子則以低自旋序列進(jìn)入分子軌道。Mn-InSe、Fe-InSe和Co-InSe納米片的電子結(jié)構(gòu)分別為σ~1↑σ~1↓d~5↑d~1↓σ*~1↑、σ~1↑σ~1↓d~5↑d~2↓σ*~1↑和σ~1↑σ~1↓d~5↑d~4↓。(2)發(fā)現(xiàn)了鹵族原子吸附誘導(dǎo)的多種半金屬納米片InSe-X(X為F、Cl、Br和I),系統(tǒng)地研究了它們的幾何結(jié)構(gòu)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),X離子(X為F、Cl、Br和I)吸附的InSe-X納米片能導(dǎo)電,是典型的2D半金屬材料,它們的磁矩等于或接近1.000μ_B。InSe-F納米片中具有sp~2雜化軌道,其導(dǎo)電性、半金屬性和磁矩主要源于In和Se離子。InSe-X(X為Cl、Br和I)納米片中具有sp~3雜化軌道,它們的電導(dǎo)率、半金屬性和磁矩主要源于X離子,部分源于In和Se離子。(3)優(yōu)化了吸附濃度分別為5.6%、6.3%、9.2%、11.0%、12.5%、16.7%和25.0%時(shí)吸附超鹵分子MnCl_3的InSe體系的幾何結(jié)構(gòu),并計(jì)算了它們的磁電性質(zhì),包括自旋極化的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度、bader電荷、差分電荷和吸附能等。結(jié)果表明,無(wú)電場(chǎng)且吸附濃度為25.0%時(shí)體系出現(xiàn)半金屬性質(zhì);施加電場(chǎng)后,吸附濃度12.5%的吸附體系具有明顯的磁矩。隨正向電場(chǎng)的增加,當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大于0.6 V/?,該體系表現(xiàn)出了半金屬性質(zhì),費(fèi)米面處的自旋極化率達(dá)到100%。
【圖文】：

碩士學(xué)位論文 晶體管電氣特性，這開(kāi)啟了二維材料的初期探索。從石墨烯研究顯示，石墨烯具有新穎的物理性能[11]。知，石墨烯是當(dāng)前世界上最薄、柔韌性最強(qiáng)的二維碳材料[子以六方晶格構(gòu)型形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。石墨烯具有十分優(yōu)異，是構(gòu)建其他維數(shù)碳質(zhì)材料(如零維富勒烯、一維碳納米管[13]。石墨烯中每個(gè)碳原子有四個(gè)電子，其中的三個(gè)電子通鄰的 3 個(gè) C 原子形成共價(jià)鍵，即平面內(nèi) σ 鍵。垂直于平面子 Pz軌道則形成 π 鍵和 π*鍵，它們?cè)诓祭餃Y區(qū) K 點(diǎn)退化，導(dǎo)致它們?yōu)榱銕兜慕饘倌軒ЫY(jié)構(gòu)。因此，石墨烯的導(dǎo)電

石墨烯在光子學(xué)、非線性光學(xué)、柔性透明分離膜中均有很多潛在應(yīng)用[16-18]，它還是典，因此它被認(rèn)為是新材料中的一項(xiàng)十分重要的維類石墨材料研究現(xiàn)狀以及它的優(yōu)良性能使得類似于石墨烯結(jié)構(gòu)的二的研究熱點(diǎn)。歸因于可調(diào)制能帶結(jié)構(gòu)和維數(shù)效應(yīng)類石墨烯材料具有獨(dú)一無(wú)二的物理和化學(xué)性質(zhì)光電、自旋電子器件、傳感器[21]等領(lǐng)域中極具烯，即具有石墨烯官能團(tuán)化的石墨烯材料(石, MoS2, WS2[23,24]等。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 肖淑娟;于守武;譚小耀;;石墨烯類材料的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2015年05期

2 任恒峰;王清亮;趙龍;;固體物理學(xué)教學(xué)中的模型化研究[J];九江學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年03期

3 李正陽(yáng);周愛(ài)國(guó);王李波;孫丹丹;;二維晶體MXene的制備與性能研究進(jìn)展[J];硅酸鹽通報(bào);2013年08期

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1 吳文志;類石墨烯二維材料及其納米帶的物理力學(xué)性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

2 唐振坤;半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)磁性的第一原理計(jì)算[D];湖南大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：2682628