二維磁性材料能夠在單原子厚度保持自發(fā)磁化,它為低維系統(tǒng)的磁性研究提供了新的契機(jī),在信息存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理等方面有廣闊的應(yīng)用前景。本文系統(tǒng)地研究了應(yīng)變對(duì)單層Cr Te₃的電子結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)的影響,并且重點(diǎn)探究了應(yīng)變對(duì)單層Cr Te₃磁學(xué)性質(zhì)的調(diào)控。第一章,我們闡述了磁學(xué)的一些基本概念及理論,介紹了二維磁性材料的研究現(xiàn)狀,并介紹了包括應(yīng)變,缺陷,化學(xué)修飾及電場(chǎng)等方式對(duì)二維材料磁學(xué)性質(zhì)的調(diào)控。最后引出本文的主要研究內(nèi)容。第二章,我們簡單介紹了基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法以及本文研究所采用的的計(jì)算軟件。第三章,我們計(jì)算模擬了雙軸應(yīng)變對(duì)單層Cr Te₃晶體結(jié)構(gòu)及電子結(jié)構(gòu)的影響。我們先優(yōu)化了Cr Te₃塊體的晶體結(jié)構(gòu),分析了它的電子結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上建立了單層Cr Te₃模型,分析了其鍵長,鍵角等晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)隨應(yīng)變的變化,這些晶格參數(shù)的變化與體系的磁相變現(xiàn)象密切相關(guān)。之后分析了不同應(yīng)變下單層Cr Te₃的自旋極化能帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度,發(fā)現(xiàn)單層Cr Te₃

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

CrTe3晶體結(jié)構(gòu)，藍(lán)色、褐色分別為Cr、Te原子

第三章應(yīng)變對(duì)單層CrTe3晶體結(jié)構(gòu)及電子結(jié)構(gòu)的影響19圖3-2CrTe3塊體結(jié)構(gòu)的自旋極化能帶結(jié)構(gòu)，圖中將費(fèi)米能級(jí)設(shè)為0以作參考。圖3-2所示為由GGA-PBE方法計(jì)算得到的CrTe3塊體結(jié)構(gòu)的自旋極化能帶結(jié)構(gòu)圖，盡管GGA-PBE方法通常會(huì)低估半導(dǎo)體帶隙，但我們從圖中可以看出該體系的帶隙為0.29eV,十分接近實(shí)驗(yàn)測(cè)得的帶隙值0.3eV，可以看出GGA-PBE可以較好地預(yù)估CrTe3體系的電子結(jié)構(gòu)。并且，CrTe3塊體結(jié)構(gòu)的價(jià)帶頂（Valencebandmaximum,VBM）恰好落在倒格子空間的X點(diǎn)，而導(dǎo)帶底（Conductionbandminimum，CBM）恰好落在Y點(diǎn)上，因此CrTe3塊體是間接帶隙半導(dǎo)體。3.4應(yīng)變對(duì)單層CrTe3晶體結(jié)構(gòu)的影響單層CrTe3晶體結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，Cr原子按照菱形網(wǎng)格排列，夾于上下兩個(gè)Te原子平面層之間，使得體系呈現(xiàn)三明治結(jié)構(gòu)，每個(gè)Cr原子與六個(gè)Te原子形成八面體結(jié)構(gòu)，c方向?yàn)檎婵諏臃较�，厚度�?0。體系經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后a和b方向晶格常數(shù)分別為11.55和11.09，Cr-Te和Cr-Cr鍵長分別為2.73和3.64。根據(jù)對(duì)稱性分析，藍(lán)色及綠色原子分別代表兩類不等價(jià)的Cr原子。實(shí)驗(yàn)上單層CrTe3還未被制備出來，理論計(jì)算可得CrTe3的解理能為0.5J/m2，與石

華南理工大學(xué)碩士論文20墨烯一樣[108]，因此可以推測(cè)單層CrTe3在實(shí)驗(yàn)上同樣可以利用機(jī)械剝離法得到。計(jì)算還表明，它在平面兩個(gè)方向的楊氏模量分別是52GPa·nm和48GPa·nm，比單層CrI3強(qiáng)[109]但是比石墨烯弱[110]，說明該材料比較柔軟，能夠承受較大范圍的應(yīng)變，圖3-3（a）中的箭頭表示了在單層CrTe3平面內(nèi)施加雙軸應(yīng)變方向。圖3-3（a）和（b）分別為單層CrTe3的俯視圖和側(cè)視圖，其中藍(lán)色和綠色分別表示兩類不等價(jià)的Cr原子，同時(shí)藍(lán)色和綠色鍵分別表示兩類Cr原子與其相鄰Te原子形成的鍵。我們研究了單層CrTe3幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)隨應(yīng)變的變化情況。在下一章中我們通過計(jì)算比較單層CrTe3在不同應(yīng)變下反鐵磁態(tài)及鐵磁態(tài)的能量差，發(fā)現(xiàn)4%拉伸應(yīng)變下體系會(huì)發(fā)生反鐵磁到鐵磁的相變，為了方便區(qū)分相變前后的情況，我們使用紫色區(qū)域覆蓋表示相變前的情況，用白色區(qū)域表示相變后的情況。圖3-4（a）展示了假設(shè)應(yīng)變范圍內(nèi)體系都處于反鐵磁耦合時(shí)兩類Cr原子與其鄰近的六個(gè)Te原子的平均鍵長隨應(yīng)變的變化，分別表示為d1和d2。在反鐵磁（AFM）→鐵磁（FM）相變臨界點(diǎn)前d1一直略小于d2，從相變臨界點(diǎn)開始d1逐漸超過d2，而在8%應(yīng)變時(shí)d1和d2會(huì)發(fā)生小突變，突變處體系各個(gè)原子受力都已收斂。圖3-4（b）是假設(shè)在所有應(yīng)變下體系都處于鐵磁基態(tài)的情況，在AFM→FM相變臨界點(diǎn)前，d1一直略小于d2且隨著壓縮應(yīng)變?cè)龃蠖卟罹嘣龃�，同樣地在相變臨界點(diǎn)處d1開始逐漸超過d2且隨著拉伸應(yīng)變的增大二者差距增大。由兩類Cr原子與其鄰近的六個(gè)Te原子的平均鍵長的變化可以推測(cè)原子間磁交換作用存在一定的競(jìng)爭關(guān)系，導(dǎo)致了體系的磁基態(tài)發(fā)生變化。通過圖3-4（a）和（b）可知，總的來看d從負(fù)應(yīng)變到正應(yīng)變范圍內(nèi)一直增大且在應(yīng)變范圍內(nèi)變化幅度不大，在-4%~10%應(yīng)變范圍內(nèi)

【參考文獻(xiàn)】：
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