本文關(guān)鍵詞：5d過渡金屬吸附graphyne磁特征的第一性原理研究

  更多相關(guān)文章： 石墨炔 第一性原理 磁性 磁各向異性能

【摘要】：以石墨烯為代表的二維單原子層材料,因?yàn)槠洫?dú)特的性質(zhì)而備受關(guān)注。與石墨烯具有零帶隙特征不同的是,單層的石墨炔(graphyne)因?yàn)榫哂?.52e V的帶隙,因此具有與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料類似的性質(zhì),更容易對其能帶結(jié)構(gòu)等特征進(jìn)行調(diào)制,使其在納米電子器件和自旋電子器件方面具有廣泛的應(yīng)用前景,所以也引起了廣泛的關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)二維材料在器件上的應(yīng)用,必須對其性質(zhì)實(shí)現(xiàn)可控調(diào)制。而過渡金屬吸附就是一種有效的調(diào)制方法。通過過渡金屬吸附我們可以在二維體系中引入磁性,在磁性存儲器件中,需要材料具有較大的磁各向異性能(MAE)。而通過將磁性原子吸附在非磁性的基底上以獲得較大的磁各向異性能一直是自旋電子器件的研究熱點(diǎn)之一。因此,本文利用第一性原理的方法,研究了5d過渡金屬原子吸附graphyne,對其磁性性質(zhì),磁各向異性能和電子結(jié)構(gòu)的調(diào)制效應(yīng),取得了以下主要研究成果:1、我們首先研究了單個(gè)5d過渡金屬原子吸附對graphyne的磁性特征的調(diào)制效應(yīng)。結(jié)果表明,單個(gè)5d過渡金屬原子能夠穩(wěn)定的吸附于graphyne,并且除了Hf吸附graphyne以外,其他的5d過渡金屬原子(Ta,W,Re,Os和Ir)吸附graphyne都能使體系誘導(dǎo)出磁性,使相應(yīng)的體系誘導(dǎo)出自旋極化金屬的特征。2、具有較大的磁各向異性能(MAE)的材料在磁性存儲和自旋電子器件中具有重要的應(yīng)用前景。二維材料的尺寸效應(yīng)和維度效應(yīng)為獲得較大的磁各向異性提供了有利的條件,我們的結(jié)果通過5d過渡金屬吸附graphyne是實(shí)現(xiàn)較大的磁各向異性的一個(gè)有效途徑。我們研究了單個(gè)5d過渡金屬原子吸附graphyne的磁各向異性能。結(jié)果表明,Re,Os和Ir在graphyne表面吸附表現(xiàn)出-59.91meV,17.81meV和-28.88meV大小的磁各向異性能,而Ta和W吸附表現(xiàn)出的磁各向異性能比較小,MAE值大小分別為3.97meV和7.17meV。同時(shí),Os和Ir吸附graphyne表面的易磁化軸的是沿z軸方向的,而其他的均在graphyne平面內(nèi)。并且磁各向異性能對Hubbard Ueff值比較敏感,我們以線性響應(yīng)的方法計(jì)算的Hubbard U值為基礎(chǔ),對Re,Os和Ir吸附graphyne表面的磁各向異性能隨Ueff值的演化做了系統(tǒng)分析。通過m值分解的PDOS分析可知,5d過渡金屬原子的d態(tài)電子在Fermi能級附近的占據(jù)態(tài)和非占據(jù)態(tài)之間是通過算符?zL還是?L?(或?L-)相互作用,而Ueff值對MAE的影響主要是改變了它們相互作用強(qiáng)度的大小。3、在單個(gè)5d過渡金屬(Re,Os和Ir)吸附graphyne的基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步研究了5d過渡金屬原子完全吸附占據(jù)graphyne的炔環(huán)位置的磁性和電子結(jié)構(gòu)。我們的計(jì)算結(jié)果表明,Re完全吸附graphyne體系系具有2B?的局域磁矩。更有趣的是體系還出現(xiàn)了half-metal的性質(zhì),通過計(jì)算Hubbaard U值的增加對體系half-metal性質(zhì)的影響結(jié)果表明,當(dāng)Ueff值達(dá)到3.0eV時(shí),體系將不再具有half-metal性質(zhì)。該體系的half-metal主要是來源于Re的d態(tài)軌道的貢獻(xiàn)。Os全吸附graphyne和Ir全吸附graphyne的磁矩分別為0和0.06B?;4、針對Re和Ir在graphyne炔環(huán)位置全吸附體系的磁各向異性的計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn):Re全吸附graphyne體系具有較大的磁各向異性能,其值為-53.07meV,且易磁化軸為軸向。Re全吸附體系的MAE隨Ueff值的演化結(jié)果表明,Ueff值從0.0eV增加到2.0eV時(shí),MAE值從-53.07meV增加到-53.78meV,而Ueff值繼續(xù)增加到3.0eV時(shí),MAE值則降低到-25.20meV。而Ir完全吸附graphyne的系統(tǒng)僅僅表現(xiàn)出0.19meV的磁各向異性能。我們的工作表明Re吸附graphyne系統(tǒng)是磁性存儲器件方面具有應(yīng)用前景的材料。
【關(guān)鍵詞】：石墨炔 第一性原理 磁性 磁各向異性能
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 二維材料簡介10-11
• 1.2 過渡金屬吸附對二維材料的磁性調(diào)控11-12
• 1.3 過渡金屬在位庫倫勢對體系磁性特征理論描述的影響12-13
• 1.4 磁各向異性能（MAE）13-14
• 1.5 本論文研究的意義和主要內(nèi)容14-15
• 第2章 理論與方法15-23
• 2.1 第一性原理方法簡介15
• 2.2 單電子近似理論15-16
• 2.2.1 Born Oppenheimer近似（絕熱近似）15-16
• 2.2.2 Hartree-Fock近似（單電子近似）16
• 2.3 密度泛函理論16-19
• 2.3.1 Hohenberg Kohn定理16-17
• 2.3.2 Kohn-Sham方程17-19
• 2.4 交換關(guān)聯(lián)勢19-20
• 2.4.1 局域密度近似（LDA）19-20
• 2.4.2 廣義梯度近似（GGA）20
• 2.5 贗勢方法20-21
• 2.6 磁各向異性能的計(jì)算方法21
• 2.7 計(jì)算軟件介紹21-23
• 第3章 單個(gè)5d過渡金屬吸附graphyne的電子結(jié)構(gòu)和磁各向異性能23-38
• 3.1 引言23-24
• 3.2 模型和計(jì)算方法24-25
• 3.3 計(jì)算結(jié)果與分析25-30
• 3.3.1 5d過渡金屬吸附graphyne的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性25-26
• 3.3.2 5d過渡金屬吸附graphyne的電子結(jié)構(gòu)和磁性特征26-29
• 3.3.3 5d過渡金屬原子吸附graphyne體系的Hubbard U值29-30
• 3.4 5d過渡金屬吸附graphyne的磁各向異性能研究30-36
• 3.5 本章小結(jié)36-38
• 第4章 5d過渡金屬原子全覆蓋吸附graphyne的電子結(jié)構(gòu)和磁各向異性能38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 模型和計(jì)算方法38-39
• 4.3 計(jì)算結(jié)果與討論39-44
• 4.3.1 5d過渡金屬全覆蓋吸附graphyne的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性39
• 4.3.2 5d過渡金屬全覆蓋吸附graphyne的電子結(jié)構(gòu)和磁性特征39-42
• 4.3.3 Re全覆蓋吸附graphyne體系的磁各向異性能研究42-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 第5章 總結(jié)與展望45-47
• 5.1 論文總結(jié)45-46
• 5.2 工作展望46-47
• 參考文獻(xiàn)47-52
• 致謝52-53
• 攻讀碩士期間公開發(fā)表的論文53

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 黃致新;章平;張玉龍;王輝;吳斌;張鋒;李佐宜;;制備工藝及參數(shù)對TbCo薄膜垂直磁各向異性能的影響[J];稀有金屬材料與工程;2007年11期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳首鍵;5d過渡金屬吸附graphyne磁特征的第一性原理研究[D];湘潭大學(xué);2016年

，

本文編號：1085142