發(fā)布時間：2021-08-12 11:05

　　稀磁半導(dǎo)體是自旋電子學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最廣的一類新型功能材料。然而,自然界中的半導(dǎo)體材料大都是以無磁性的基態(tài)穩(wěn)定存在,這限制了其在電子器件中的應(yīng)用。但是,部分半導(dǎo)體中摻雜3d、4f過渡金屬元素或者稀土元素后可以轉(zhuǎn)變?yōu)橄〈虐雽?dǎo)體,它利用磁性材料的自旋特性可以將信息存儲和信息處理結(jié)合在一起。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料相比,稀磁半導(dǎo)體材料信息處理更快,功耗更低,并且存儲的信息更安全。因此,對于稀磁半導(dǎo)體材料的研究具有非常重要的意義。半導(dǎo)體光催化劑在可見光的照射下可以分解水制備氫氣,這是解決當(dāng)前能源短缺和環(huán)境污染問題的有效途徑。盡管許多理論和實驗研究已經(jīng)合成了眾多的光催化劑,但是這些光催化劑產(chǎn)生氫氣的效率依然較低,并且可見光吸收范圍較窄。目前,構(gòu)建異質(zhì)結(jié)光催化劑用以提升材料的光催化性能有著巨大的潛力,受到了廣泛的關(guān)注。與普通光催化劑相比,二維（2D）半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光催化劑具有更好的光催化性能,如較高的載流子遷移率、電子-空穴對的有效分離和較強的可見光吸收能力。例如,g-C₃N₄/MoS₂、g-C₃N₄/... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古師范大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

二維材料示意圖[13]

第二章理論基礎(chǔ)13緩慢變化的體系也是適用的[68]，但是LDA近似對電子數(shù)密度急劇變化的體系很不適用。而實際原子體系中電子密度大多是非均勻的、急劇變化的，因此LDA近似不再適用�？茖W(xué)家考慮電子密度分布的不均勻性，在LDA近似的基礎(chǔ)上，引入電子數(shù)密度梯度()，這就是廣義梯度近似（GGA），所以交換關(guān)聯(lián)泛函[]不僅與電子數(shù)密度()有關(guān)，也與電子數(shù)密度梯度()有關(guān)：[]=∫[(),()]d，（2.29）廣義梯度近似（GGA）方法更適合處理電子數(shù)密度非均勻的體系，GGA使交換關(guān)聯(lián)泛函的計算結(jié)果有了很大的改進。目前被廣泛使用的GGA泛函包括Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）泛函[69]、Perdew-Wang（PW91）泛函[70,71]等。2.2第一性原理計算2.2.1自洽求解Kohn-Sham方程圖2.1自洽求解過程Fig2.1Theprocessofself-consistentsolution密度泛函理論的核心就是采用迭代法求解Kohn-Sham方程，過程如圖（2.1）所示。其過程為：首先選擇一個初始電子數(shù)密度0()，從而計算得到初始的有效勢eff()，將其帶入到Kohn-Sham方程中進行求解，得到一個新的電子數(shù)密度()，如果0()與()的變化在計算所要求的范圍內(nèi)，則可認為達到收斂標準，停止計算；若未達到收斂標準，則用新的電子數(shù)密度()計算有效勢，再次帶入

內(nèi)蒙古師范大學(xué)碩士學(xué)位論文16圖3.1非金屬原子X摻雜二維ZnS(4×4×1)超胞結(jié)構(gòu)，用綠球區(qū)分X摻雜原子的固定位置，1、2和3的位置分別代表雙X摻雜的其他可能位置Fig3.1The4×4×1super-cellstructureof2DZnSdopedwithnon-metalatomX.ThefixedpositionofdopedXatomisdistinguishedbythegreenball,andthesitesof1,2and3standforotherpossiblepositionsofdoubleXdopants,respectively3.2計算結(jié)果與討論3.2.1二維ZnS的電子結(jié)構(gòu)為確保科學(xué)研究的嚴謹性，在計算非金屬摻雜體系之前，我們先對單層ZnS的性質(zhì)進行了計算。計算結(jié)果顯示，本征態(tài)二維ZnS優(yōu)化后的晶格常數(shù)為a=b=3.85，這與ChaurasiyaR等人的理論計算結(jié)果a=b=3.87基本一致[46]，表明我們的計算結(jié)果是可靠的。圖3.2是本征態(tài)二維ZnS能帶修正前后的對比圖與分波態(tài)密度。從圖(a)中可以看出，本征態(tài)二維ZnS的導(dǎo)帶底和價帶頂都位于Γ點，是一種直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙值為2.6eV，這與BeheraH等人的PBE理論計算結(jié)果一致[43]，但是PBE計算會普遍低估能帶帶隙，這里采用GGA-1/2的方法進行修正，從圖(b)可以看出，修正后的能帶圖帶隙明顯變寬，帶隙值為4.74eV，與ShahrokhiM使用GW準粒子計算方法結(jié)果相吻合[77]。而從圖(c)本征態(tài)二維ZnS的分波態(tài)密度可以看出，本征態(tài)二維ZnS的價帶頂主要由Zn-3d態(tài)貢獻，而導(dǎo)帶底主要由Zn-4s態(tài)和Zn-3d態(tài)貢獻，少部分由S-3s態(tài)貢獻，并且自旋向上態(tài)密度和自旋向下態(tài)密度完全對稱，表明本征態(tài)二維ZnS是沒有磁性的。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Silicene on substrates:A theoretical perspective[J]. 鐘紅霞,屈賀如歌,王洋洋,史俊杰,呂勁.  Chinese Physics B. 2015(08)



本文編號：3338206