本文關鍵詞：空位缺陷磷烯的電子結構及磁性研究：雙軸應變的調制作用

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【摘要】：2014年,Wanglin Lu,Haiyan Nan等人利用微機械剝離和等離子體減薄的方法制備出黑磷的單層結構--磷烯,它是除了石墨烯外的又一種由單類主族原子構成的二維材料。磷烯具有非常優(yōu)異的光、電、磁學等物理性質,特別是,磷烯在保持了極高的載流子遷移率(1000 cm2 V-1 s-1)的同時具有天然的直接帶隙,使其在PN結、太陽能電池和場效應晶體管(FET)等各種電子器件領域展現出巨大的潛在應用前景�；诹紫┰陔娮悠骷I域實際應用中的需求,對其電子性質的可控調制尤為重要。磷烯優(yōu)異的機械性能為其電子性質的調制提供了便利。研究表明磷烯的能帶結構能夠通過應變實現有效的調制。同時,在制備和轉移過程中會不可避免引入機械應變和缺陷。應變和缺陷都會影響到其材料的電子性質。在本文中我們采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究雙軸應變對缺陷磷烯的電子結構和磁性的調制規(guī)律。首先,我們研究了應變對含有單空位(SV956、SV5566)和雙空位(DVp、DV4104、DVa)的磷烯結構電子結構調制。我們發(fā)現磷烯的單/雙空位會在帶隙內引入缺陷帶,引起半導體的摻雜效應,同時,應變能夠調制這種特性。雙軸拉伸時:帶隙先增大后減小,但應變對SV956磷烯的帶隙影響不大。在拉伸應變條件下,導帶邊緣的能帶進入帶隙,形成了缺陷帶,并隨著應變的增大向價帶移動。雙軸壓縮時:帶隙單調降低。對于單空位磷烯來講,帶隙內的缺陷帶具有很強的局域性,并隨著應變的增大其有向導帶移動的趨勢;對于雙空位磷烯而言,缺陷帶分布在導帶邊緣,并且隨著應變逐漸向導帶內部移動。其次,我們進一步研究了應變對含有單空位(SV956、SV5566)和雙空位(DVp、DV4104、DVa)的磷烯結構的磁態(tài)調制,研究表明:雙軸應變對缺陷磷烯的磁矩具有重要的調制作用:自然狀態(tài)下,只有SV956擁有磁矩,主要由缺陷附近的Jahn-Teller畸變引起的懸掛鍵貢獻,應變能夠調制SV956的磁矩;無磁矩的SV5566和DVa在應變調制下會產生磁矩,磁矩也主要是由缺陷附近的懸掛鍵貢獻。雙軸應變對系統(tǒng)磁矩調制的原因來源于應變對缺陷附近成鍵結構的影響,從而調制。我們的結果表明應變是調控基于磷烯的自旋電子器件的有效途徑。
【關鍵詞】：磷烯 電子結構 磁性 缺陷 雙軸應變
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O627.51
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 磷的同素異形體9-11
• 1.3 黑磷的結構11-15
• 1.3.1 磷烯的制備12-13
• 1.3.2 磷烯的性質和應用13-14
• 1.3.3 應變、缺陷對二維材料物理性質的影響14-15
• 1.4 本論文的研究目的和內容15-16
• 第2章 理論基礎和計算方法16-20
• 2.1 密度泛函理論16-18
• 2.1.1 絕熱近似16
• 2.1.2 Kohn-Sham方程16-18
• 2.1.3 交換關聯(lián)泛函18
• 2.2 計算軟件簡介18-20
• 第3章 雙軸應變對缺陷磷烯非自旋電子結構的調制20-35
• 3.1 引言20-21
• 3.2 計算理論與方法21
• 3.3 結果與討論21-33
• 3.3.1 缺陷磷烯的穩(wěn)定性研究21-23
• 3.3.2 單空位及其應變調制23-28
• 3.3.3 雙空位及其應變調制28-33
• 3.4 本章小結33-35
• 第4章 雙軸應變對缺陷磷烯磁性的調制35-45
• 4.1 引言35-36
• 4.2 計算方法與模型36-37
• 4.3 計算結果與分析37-44
• 4.3.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性、磁性特征37-39
• 4.3.2 雙軸應變對缺陷結構的影響39-40
• 4.3.3 雙軸應變對能帶的影響40-42
• 4.3.4 雙軸應變對缺陷附近原子PDOS的影響42-44
• 4.4 本章小結44-45
• 第5章 總結與展望45-46
• 5.1 論文總結45
• 5.2 工作展望45-46
• 參考文獻46-51
• 致謝51-52
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文及研究成果52

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本文編號：817108