本文關鍵詞：第一性原理研究氟化納米材料的磁性

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【摘要】：鑒于輕元素磁體在自旋納米器件上的應用前景,在富勒烯和石墨里觀察到了磁性的存在之后,僅包含sp電子的輕元素材料中的磁性引起廣泛關注。此論文主要內容為利用HSE雜化泛函第一性原理計算研究吸附氟原子的硼氮納米管、硼氮二維片、碳納米管、石墨烯中的磁性。相比局部密度泛函(LDA),雜化泛函(HSE)有更高的精度,計算更加昂貴。我們基于HSE第一性原理計算,發(fā)現(xiàn)氟化的硼氮納米管是滿自旋極化,而且具有半金屬性質。在氟化的硼氮納米帶和二維片中也發(fā)現(xiàn)同樣的結果。它們擁有的1μB局域磁矩,并與半徑大小無關。而在之前的報道中,局域密度泛函計算得到的結果為：隨著半徑的增大,局域磁矩減小,磁性在平面結構中消失。我們的結果對其有很大的修正。在氟化硼氮體系中,自旋極化電子是長程鐵磁耦合的,并隨著半徑的減小逐漸減小,最后在(4,0)F-BN納米管中鐵磁耦合消失。在氟化的石墨烯和碳納米管中,發(fā)現(xiàn)F原子鏈沿著鋸齒形邊界的情況可以誘導出鐵磁性耦合；然而F原子沿著扶手椅型方向的情況誘導出的卻是反鐵磁性耦合。在石墨烯和納米管上的自旋極化率和局域磁矩大小都是穩(wěn)定的,不隨著尺寸和管徑的改變而改變。這些結果為繼續(xù)對低維輕元素材料磁性的研究提供了新的視野,對未來自旋器件材料研究有重要意義。
【關鍵詞】：第一性原理 HSE雜化泛函 自旋極化 鐵磁 吸附
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• abstract7-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究背景與科學意義10-11
• 1.2 納米材料11-15
• 1.2.1 硼氮納米管11-13
• 1.2.2 碳納米管13
• 1.2.3 硼氮片層13-14
• 1.2.4 石墨烯14-15
• 1.3 磁性15-17
• 1.3.1 順磁性15-16
• 1.3.2 鐵磁性16
• 1.3.3 反鐵磁和亞鐵磁16-17
• 第二章 模型及方法17-23
• 2.1 計算體系17-19
• 2.2 第一性原理計算19
• 2.3 密度泛函理論19-21
• 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理19-20
• 2.3.2 Kohn-Sham方程20
• 2.3.3 局域密度近似20
• 2.3.4 廣義梯度近似20-21
• 2.4 雜化泛函21-23
• 第三章 硼氮體系結果討論23-38
• 3.1 K點測試23-24
• 3.2 磁性計算24-29
• 3.3 單胞上兩氟原子間距對鐵磁耦合的影響29-30
• 3.4 F-BN化學勢的計算30-33
• 3.4.1 化學勢的概念30-31
• 3.4.2 BN-F化學勢31-33
• 3.5 平面硼氮片層的磁性33-36
• 3.5.1 一個氟原子吸附的情況34-35
• 3.5.2 兩個氟原子的情況35-36
• 3.6 本章小結36-38
• 第四章 碳納米體系結果討論38-48
• 4.1 碳納米管磁性計算38-43
• 4.2 石墨烯磁性計算43-46
• 4.2.1 一個氟原子吸附在單層石墨烯的情況44-45
• 4.2.2 兩個氟原子單面吸附在單層石墨烯的情況45-46
• 4.3 碳納米體系手性與磁性的關系46
• 4.4 本章小結46-48
• 結論48-49
• 致謝49-50
• 參考文獻50-53
• 碩士期間發(fā)表的論文53

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