發(fā)布時間：2018-05-03 00:08

  本文選題：自旋波 + 量子漲落��； 參考：《沈陽工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：自從2004年以來,由于優(yōu)異的性質(zhì),石墨烯和類石墨烯材料引起了人們的廣泛關(guān)注。人們將制作下一代半導(dǎo)體器件材料寄希望于石墨烯與類石墨烯。實(shí)驗(yàn)和第一性原理研究表明,雖然碳原子不具有3d和4f電子,但是在石墨烯和類石墨烯材料中都發(fā)現(xiàn)有磁性的存在。然而,在石墨烯類材料磁性基礎(chǔ)理論研究方面還有很多問題亟待解決。為了探尋石墨烯和類石墨烯材料磁性的影響因素,為石墨烯材料的半導(dǎo)體器件和自旋電子器件開發(fā)提供理論支撐,因而有必要從量子理論的角度研究石墨烯與類石墨烯的磁性質(zhì)及熱力學(xué)性質(zhì)。論文研究了三種類型的類石墨烯材料,將這三類材料分別抽象成三角四子格海森堡模型、蜂窩四子格海森堡模型和三角六子格海森堡模型,在海森堡模型的框架下,應(yīng)用線性自旋波理論和推遲格林函數(shù)方法對上述三種類石墨烯材料進(jìn)行理論計(jì)算。通過數(shù)值求解,詳細(xì)研究了層間和層內(nèi)交換耦合、磁晶各向異性和自旋量子數(shù)對系統(tǒng)的能隙、共振頻率、磁矩、量子漲落、比熱和內(nèi)能的影響。論文研究了石墨烯中心吸附原子的性質(zhì),并將其抽象成三角四子格類石墨烯模型,研究結(jié)果表明:系統(tǒng)存在4支自旋波譜,其中3正1負(fù),波譜在k_x=k_y=k_z=0處存在一個能隙。不考慮磁晶各向異性時,系統(tǒng)自旋波譜存在一支聲學(xué)支,反之,聲學(xué)支消失。自旋量子數(shù)、第二層磁晶各向異性和層內(nèi)交換耦合、層間交換耦合對能隙寬度有重要影響,能隙可通過改變上述參數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)整。自旋量子數(shù)是共振頻率提高的主要影響因素;隨層內(nèi)交換耦合和磁晶各向異性的增強(qiáng),共振頻率迅速增加,而層間交換耦合和磁晶各向異性對共振頻率的影響較小,共振頻率幾乎不隨之變化。由于量子漲落的存在,子格基態(tài)磁矩的數(shù)值小于其自旋量子數(shù)。反鐵磁交換耦合對量子漲落的影響要強(qiáng)于鐵磁交換耦合,特別是第二層子格的磁矩隨第二層層內(nèi)交換耦合的增強(qiáng)而迅速減小。所有子格磁矩都隨溫度升高而下降,當(dāng)層內(nèi)兩個子格自旋量子數(shù)相同時,同一層內(nèi)的兩個子格磁矩出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。隨著自旋量子數(shù)的增加,磁矩交叉點(diǎn)對應(yīng)的溫度也隨之升高。內(nèi)能和比熱都隨著溫度的升高而增加,隨著交換耦合的增強(qiáng)而減小。論文對蜂窩結(jié)構(gòu)四子格類石墨烯系統(tǒng)進(jìn)行了理論計(jì)算,研究了其基態(tài)和低溫性質(zhì),結(jié)果表明:系統(tǒng)有4個自旋波譜,其中3正1負(fù),系統(tǒng)存在2個能隙,分別在k_x=0和處取得。自旋量子數(shù)、第二層層內(nèi)交換耦合及層內(nèi)的磁晶各向異性是能隙寬度的主要影響因素,其中一個能隙隨著交換耦合作用的增加,先減小后增加,而另一個能隙隨交換耦合的增加單調(diào)增加。系統(tǒng)的基態(tài)磁矩和量子漲落主要由系統(tǒng)中反鐵磁交換耦合和自旋量子數(shù)決定,隨著反鐵磁交換耦合的增加量子漲落增加。當(dāng)層內(nèi)的兩個子格具有相同的自旋量子數(shù)時,同一層內(nèi)的兩個子格磁矩出現(xiàn)交叉現(xiàn)象,此現(xiàn)象可以歸因于量子漲落和熱漲落的競爭。隨著自旋量子數(shù)的增加,交叉點(diǎn)對應(yīng)溫度也隨之升高。內(nèi)能和比熱都隨著溫度的升高而升高,隨著第一層交換耦合、層間磁晶各向異性的增強(qiáng)而增加,而隨層間交換耦合、第二層層內(nèi)交換耦合、層內(nèi)磁晶各向異性強(qiáng)度的增加而減小。論文對石墨烯和類石墨烯材料同時存在摻雜和吸附的情況進(jìn)行了建模,并將其抽象為三角結(jié)構(gòu)六子格海森堡模型,經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn):系統(tǒng)存在6支自旋波譜,5正1負(fù),并且存在兩個能隙。系統(tǒng)的共振頻率受鐵磁交換耦合的影響顯著,隨著鐵磁交換耦合的增加共振頻率明顯增加。第一層磁晶各向異性的增強(qiáng)也會使共振頻率明顯增加。系統(tǒng)的磁性質(zhì)受第一層鐵磁交換耦合、第二層反鐵磁交換耦合、層間反鐵磁交換耦合、第二層磁晶各向異性、層間磁晶各向異性影響非常大,這說明反鐵磁交換耦合和鐵磁交換耦合都對系統(tǒng)磁性有明顯影響,這一點(diǎn)和四子格模型有很大不同。和前兩種模型相似,隨著溫度的增加子格的磁矩隨之減小。當(dāng)同一層三個子格自旋值相同時,磁矩會出現(xiàn)明顯的磁矩交叉現(xiàn)象。當(dāng)單獨(dú)增加某個子格自旋量子數(shù)時,另一層的磁矩交叉現(xiàn)象消失,這些現(xiàn)象可以分別歸因于量子漲落與熱漲落的競爭以及量子傳遞現(xiàn)象。
[Abstract]:In order to find the magnetic properties and thermodynamic properties of graphene and graphene , it is necessary to study the magnetic properties and thermodynamic properties of graphene and graphene . In order to find the influence factors of the magnetic properties of graphene and graphene , it is necessary to study the magnetic properties and thermodynamic properties of graphene and graphene . The magnetic properties of the system are increased with the increase of the coupling of the first layer , the second layer of antiferromagnetic exchange coupling , the inter - layer antiferromagnetic exchange coupling , the second layer of magnetic anisotropy , and the inter - layer magnetic anisotropy . The magnetic properties of the system are caused by the increase of the antiferromagnetic exchange coupling , the second layer of antiferromagnetic exchange coupling , the interlayer antiferromagnetic exchange coupling , the second layer of magnetic anisotropy and the interlayer magnetic anisotropy .

【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB303

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本文編號：1836052