本文關(guān)鍵詞：二維CrN納米片的彈性與磁學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究

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【摘要】：過渡金屬氮化物(transition metal nitride.簡記為TMN)有著豐富的基本性質(zhì)和廣泛的技術(shù)應(yīng)用。CrN是其中一種很典型的材料,它不但具有一般過渡金屬氮化物的性質(zhì),還具有很高的熱穩(wěn)定性,良好的電傳導(dǎo)性。在磁性方面,當(dāng)三維塊體材料降到低維時,材料的磁學(xué)性質(zhì)會發(fā)生很大的變化。本文采用密度泛函平面波方法研究了二維CrN納米片的彈性性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),二維CrN納米片存在穩(wěn)定結(jié)構(gòu),二維狀態(tài)方程對其結(jié)構(gòu)的適用范圍為改變平衡面積的±10%。電子結(jié)構(gòu)體現(xiàn)半金屬性質(zhì)。經(jīng)計算得到了材料單層的層模量,表明其抗應(yīng)變能力比石墨烯更強(qiáng)。平面應(yīng)變可以有效的調(diào)控二維CrN納米片的金屬性。在磁性方面,二維CrN納米片具很強(qiáng)的鐵磁性,平面應(yīng)變不會改變其磁性結(jié)構(gòu),這種鐵磁作用能增強(qiáng)該材料的穩(wěn)定性。主要計算結(jié)果可歸納如下：(1)采用Andrew R C等提出的計算方法計算了二維狀態(tài)方程對于單層CrN納米片結(jié)構(gòu)的應(yīng)變適用范圍。(2)采用平面應(yīng)變調(diào)控對二維CrN納米片體系的電子結(jié)構(gòu)、層模量、楊氏模量、切變模量進(jìn)行了研究,通過對彈性常數(shù)的計算驗(yàn)證了二維層模量的準(zhǔn)確性。計算得到二維CrN的層模量γCrN=330.2Nm-1,是比石墨烯(其層模量為γC=215.9Nm-1)抗應(yīng)變能力更強(qiáng)的二維材料。(3)在磁性方面,二維CrN納米片具很強(qiáng)的鐵磁性,小范圍平面應(yīng)變不會改變其磁性結(jié)構(gòu),這種鐵磁作用能增強(qiáng)該材料的穩(wěn)定性。(4)平面應(yīng)變可以有效的改變二維CrN的物理性質(zhì),從而實(shí)現(xiàn)對其金屬性及磁性的調(diào)控。分析表明,二維CrN納米片是一種力學(xué)性能良好且具有強(qiáng)大鐵磁性的半金屬材料,在電子自旋學(xué)領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。其結(jié)果為實(shí)驗(yàn)研究提供了可靠的理論指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：二維CrN 第一性原理計算 彈性常數(shù) 磁學(xué)性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O469;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-16
• 1.1 研究背景7-9
• 1.2 常見二維材料的力學(xué)性質(zhì)9-10
• 1.3 3d過渡金屬離子晶體的磁學(xué)性質(zhì)10-12
• 1.4 CrN材料性質(zhì)介紹12-14
• 1.5 課題研究內(nèi)容14
• 1.6 本章小結(jié)14-16
• 第二章 基礎(chǔ)理論16-30
• 2.1 密度泛函理論16-25
• 2.1.1 基本介紹16-17
• 2.1.2 DFT理論的基本框架和特點(diǎn)17-19
• 2.1.3 一維玻色系統(tǒng)DFT(T=0K)19-20
• 2.1.4 Hohenberg-Kohn定理20-23
• 2.1.5 Kohn-Sham方程23-24
• 2.1.6 局域密度近似與廣義梯度近似24-25
• 2.2 彈性理論25-28
• 2.2.1 基于第一性原理研究材料的力學(xué)性質(zhì)25-26
• 2.2.2 二維材料的彈性理論計算方法26-28
• 2.3 計算軟件-VASP介紹28-30
• 第三章 二維CrN的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及力學(xué)性質(zhì)分析30-37
• 3.1 二維CrN的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及穩(wěn)定性分析30-32
• 3.1.1 計算參數(shù)30
• 3.1.2 理論模型30-31
• 3.1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與穩(wěn)定性分析31-32
• 3.2 二維CrN的力學(xué)性質(zhì)分析32-37
• 3.2.1 二維CrN的彈性模量32-35
• 3.2.2 二維CrN的力學(xué)性質(zhì)35-37
• 第四章 二維CrN的電學(xué)及磁學(xué)性質(zhì)分析37-44
• 4.1 電子結(jié)構(gòu)分析37-42
• 4.2 磁性分析42-43
• 4.3 總結(jié)43-44
• 參考文獻(xiàn)44-48
• 致謝48

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本文編號：609712