【摘要】：近年來,磁性材料已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)電子器件、機(jī)械制造、軌道交通以及我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾�(gè)領(lǐng)域,成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)功能性材料。并且隨著科技的進(jìn)步,各種電子設(shè)備和電器元件將會(huì)朝著更小、更輕薄、功能涵蓋比較全面等方向發(fā)展,因而對(duì)磁性材料的大小、自身性質(zhì)優(yōu)異性的要求也越來越高。為了適應(yīng)高新技術(shù)的發(fā)展及新興市場(chǎng)的需求,對(duì)于新型磁性材料的研究,特別是對(duì)納米磁性材料的研究將成為磁性材料研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。2015年,王前教授和他的團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算機(jī)擬合的方法模擬出一種新型石墨烯結(jié)構(gòu),五邊形石墨烯。由于它自身的機(jī)械穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、耐高溫等性能,使它在某些領(lǐng)域中可能優(yōu)于六邊形石墨烯材料。純凈的六邊形石墨烯材料對(duì)外不顯磁性,但可以通過使六邊形石墨烯結(jié)構(gòu)吸附原子、制造空穴和拓?fù)淙毕莸确绞绞蛊渚哂写判�。那�?對(duì)于五邊形石墨烯結(jié)構(gòu)我們參照同樣的方法來嘗試研究其磁學(xué)性質(zhì)。本文中,首先我們用氫原子吸附在純凈的五邊形石墨烯1×1、2×2、3×3和4×4晶胞結(jié)構(gòu)上,并分別得到穩(wěn)定的吸附結(jié)構(gòu)。然后利用第一性原理和密度泛函理論的方法對(duì)這些氫吸附的五邊形石墨烯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了磁性計(jì)算。結(jié)果顯示除了氫吸附五邊形石墨烯1×1晶胞結(jié)構(gòu)(即氫吸附五邊形石墨烯1×1晶胞的無磁吸附結(jié)構(gòu))對(duì)外不顯磁性外,其余氫吸附的五邊形石墨烯結(jié)構(gòu)對(duì)外均顯磁性,磁矩都是0.557μB/cell。并且通過對(duì)氫吸附五邊形石墨烯2×2、3×3和4×4晶胞結(jié)構(gòu)的態(tài)密度曲線進(jìn)行分析可知,其磁矩的主要來源都是五邊形石墨烯結(jié)構(gòu)中C2原子的p態(tài)電子。此外,通過提高氫吸附五邊形石墨烯1×1晶胞結(jié)構(gòu)中氫原子的吸附高度,發(fā)現(xiàn)得到的新的氫吸附五邊形石墨烯1×1晶胞結(jié)構(gòu)對(duì)外顯示磁性(即氫吸附五邊形石墨烯1×1晶胞的顯磁吸附結(jié)構(gòu)),并且磁矩大小為0.551μB/cell。通過對(duì)其態(tài)密度曲線進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)氫吸附五邊形石墨烯1×1晶胞的顯磁吸附結(jié)構(gòu)磁矩的主要來源也是五邊形石墨烯結(jié)構(gòu)中C2原子的p態(tài)電子。隨后,我們分別對(duì)這五個(gè)結(jié)構(gòu)的電荷密度分布進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)氫原子吸附在五邊形石墨烯結(jié)構(gòu)上時(shí),五邊形石墨烯中的電荷進(jìn)行了重新分布,其中H原子和C1原子之間獲得很多的電荷,而C2原子則相對(duì)獲得的電荷較少。我們可以將氫吸附五邊形石墨烯1×1晶胞的兩個(gè)結(jié)構(gòu)看作納米磁性開關(guān),當(dāng)提高氫原子的吸附高度時(shí),整個(gè)吸附結(jié)構(gòu)就呈現(xiàn)磁性,當(dāng)壓低氫原子的吸附高度時(shí),整個(gè)吸附結(jié)構(gòu)對(duì)外不顯磁性。并且氫吸附五邊形石墨烯1×1晶胞的顯磁吸附結(jié)構(gòu)也可以稱為氫吸附五邊形石墨烯結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生較大磁矩的最小結(jié)構(gòu)單元。最后,我們通過對(duì)氫吸附五邊形石墨烯1×1晶胞的兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的過渡路徑的計(jì)算可知兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間相互轉(zhuǎn)換只需要很少的能量便可完成,由此可見這個(gè)納米磁性開關(guān)是可能實(shí)現(xiàn)的,并有望廣泛地應(yīng)用于航空航天以及軍事等領(lǐng)域。
[Abstract]:In recent years, magnetic materials have been widely used in the production of electronic devices, mechanical manufacturing, rail transportation and all fields of our daily life, which have become the basic functional materials for high and new technology industries. And with the progress of science and technology, various electronic devices and electrical components will be smaller, lighter, and more comprehensive, and so on. In order to adapt to the development of high and new technology and the demand of new market, the research on new magnetic materials, especially the research on nano magnetic materials, will become one of the key contents of magnetic materials research in.2015 years, Professor Wang Qian and his The team simulated a new type of graphene structure, pentagonal graphene by computer fitting. Due to its mechanical stability, high strength, high temperature resistance and other properties, it may be better than hexagonal graphene in some fields. Pure hexagonal graphene material is not magnetic, but it can be made by hexagonal stone. In this paper, we use hydrogen atoms to adsorb the 1 x 1,2 * 2,3 x 3 and 4 * 4 cell structures of pure pentagonal graphene with hydrogen atoms. The stability of the adsorption structure. Then using the first principle and the density functional theory, the magnetic properties of the pentagonal graphene structures adsorbed by these hydrogen are calculated. The results show that the 1 x 1 crystal structure of the pentagonal graphene (i.e. the non magnetic adsorption structure of the hydrogen adsorbed the Pentagon 1 * 1 cell) is not magnetic, and the rest is not magnetic. The structure of the pentagonal graphene structure adsorbed by hydrogen is all magnetic, and the magnetic moment is 0.557 B/cell.. By analyzing the state density curve of the 2 x 2,3 x 3 and 4 x 4 crystal cell structure of pentagonal graphene, the main source of its magnetic moment is the P state electron of the C2 precursor in the pentagene structure. In addition, the hydrogen adsorption is increased by five. The adsorption height of hydrogen atoms in the 1 x 1 crystal cell structure of the edge graphene is found. The new hydrogen adsorption pentagonal graphene 1 x 1 cell structure shows magnetic properties (i.e. the magnetic adsorption structure of the hydrogen adsorbed the Pentagon 1 x 1 crystal cells), and the magnetic moment is 0.551 mu B/cell., and the hydrogen adsorption five is found by the analysis of its state density curve. The main source of the magnetic moment of the magnetic absorption structure of the 1 x 1 cell of the edge graphene is also the P state electron of the C2 atom in the pentagonal structure. Then, we have studied the charge density distribution of the five structures, and found that the charge in the pentagonal graphene is re - enacted when the hydrogen atom is adsorbed on the Pentagon structure. The distribution, in which the H atom and the C1 atom get a lot of charge, and the C2 atom is relatively less charged. We can treat the two structure of the Pentagon 1 x 1 crystal as a nano magnetic switch. When the adsorption height of the hydrogen atom is increased, the whole structure of the adsorption is magnetic, when the adsorption height of the hydrogen atom is lowered. At the time, the whole adsorption structure is not magnetic. And the magnetic adsorption structure of the hydrogen adsorbed the Pentagon 1 x 1 cell can also be called the minimum structure unit of the hydrogen adsorbed the pentagonal graphene structure to produce the larger magnetic moment. Finally, we pass the hydrogen adsorption between the two structures of the two structures of the Pentagon 1 * 1 cell. It can be seen that only a small amount of energy is needed for the conversion of the two structures. It is possible that this nano magnetic switch is possible, and is expected to be widely used in aerospace and military fields.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O482.5

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本文編號(hào)：2151255