基于磁電效應,通過電場調控材料的磁性能有利于低能耗、高密度存儲設備的應用和發(fā)展。相比于通過應變效應或外加電場調控材料磁性的易失性調控,可以產生自發(fā)極化且能在外電場作用下改變極化方向的鐵電材料為非易失調控提供了優(yōu)異的平臺。但隨著材料尺度的減小,其自發(fā)極化將逐漸減小甚至消失,使得很難在原子尺度實現(xiàn)電控磁性。近年來,二維鐵電材料在實驗上的成功制備為實現(xiàn)原子尺度下的非易失調控提供了新的機遇。本文基于第一性原理提出了一種通過二維鐵電基底調節(jié)分子磁性的方法。研究發(fā)現(xiàn),當二維α-In₂Se₃基底的極化方向反轉時,不僅金屬酞菁分子的磁矩可以在零或非零之間轉換,其易軸也可以在面內或面外之間翻轉。此外,分子的磁矩和磁各向異性能均可以進一步地通過在中心金屬原子上方修飾鹵素原子來增強。I-OsPc/In₂Se₃體系的磁各向異性能甚至超過30 meV,使其有望實現(xiàn)室溫以上的應用。通過對能級圖和SOC哈密頓量矩陣元的進一步分析,揭示了α-In₂Se₃的極化方向對可調控磁性能的決定性作... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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[39]孤立MPc分子的結構

第三章鐵電基底調控吸附分子磁性能的研究21以通過物理剝離[117,120]或化學氣相沉積[121]的方法制備出薄層甚至單層的α-In2Se3材料。首先我們對單層α-In2Se3原胞進行了結構優(yōu)化和電子結構計算。由于兩種不同極化方向下的結構在能量上是簡并的[91]，因此我們只需要考慮其中一種情況。馳豫后，單層α-In2Se3原胞的晶格常數(shù)為4.10。單層α-In2Se3原胞的能帶結構如圖3.2所示，可以看出α-In2Se3是一種具有間接帶隙的半導體材料，其帶隙（通過GGA-PBE方法計算）為0.78eV。這些結果與先前的文獻符合得很好[91]，從而保證了后續(xù)計算的準確性。圖3.1單層α-In2Se3的結構。極化方向為(a)P-u和(b)P-d時的頂視圖。極化方向為(c)P-u和(d)P-d時的側視圖。Fig.3.1Thegeometricstructureofmonolayerα-In2Se3.(a)P-uand(b)P-dgeometriesatthetopview.(c)P-uand(d)P-dgeometriesatthesideview.

浙江大學碩士學位論文22圖3.2單層α-In2Se3的能帶結構。Fig.3.2Thebandstructureofmonolayerα-In2Se3.3.3.1.2金屬酞菁分子的結構如圖3.3(a)，孤立的MPc分子由中心金屬原子通過四個氮原子與周圍的芳香族環(huán)狀化合物相連接構成，其中心金屬原子M可以被多種不同的元素替換[33]。本文我們選擇了五種不同的5d過渡金屬元素作為MPc分子的中心金屬原子（M=Ta、W、Re、Os或Ir）進行計算研究，這是因為5d過渡金屬元素具有較強自旋軌道耦合效應，對應于較大的磁各向異性能。結構優(yōu)化后，孤立的TaPc分子的中心Ta原子將突出周圍環(huán)狀的平面形成突起構型，同時其周圍的環(huán)狀結構隨之發(fā)生彎曲變形，如圖3.3(b)所示；而孤立的WPc、RePc、OsPc和IrPc分子均為平面構型，如圖3.3(c)所示，這主要與Ta原子的原子半徑較大有關。MPc分子的中心金屬原子與周圍氮原子之間的鍵長（dM-N）則主要由中心原子半徑的大小以及其電子排斥作用兩方向因素共同決定[37]。如表3.1所示，對于本文研究的五種MPc分子，dM-N介于1.98至2.04之間，且隨著原子序數(shù)的增大而減小，說明對于本文研究的這五種體系來說，原子半徑大小的變化是影響其dM-N大小變化的主要因素，MPc分子中心原子的原子半徑越小，其dM-N越校

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Room-temperature multiferroicity and diversified magnetoelectric couplings in 2D materials[J]. Tingting Zhong,Xiaoyong Li,Menghao Wu,Jun-Ming Liu.  National Science Review. 2020(02)



本文編號：3377604