本文關(guān)鍵詞：石墨烯和低維鐵電材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其調(diào)控的理論研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 低維鐵電材料 電子性質(zhì) 調(diào)控 第一原理計(jì)算

【摘要】：低維材料是凝聚態(tài)物理和材料學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)。量子限制、表面和界面效應(yīng)使之具有三維體材料所沒有的新奇量子特性。隨著電子器件高度集成化和小型化的發(fā)展,低維新材料也將在下一代電子學(xué)器件中產(chǎn)生重要的應(yīng)用�；诘谝恍栽矸椒�,本論文系統(tǒng)地研究了石墨烯和低維鐵電材料的原子結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)及其調(diào)控的方法,論文主要內(nèi)容如下:通過制備石墨烯納米帶打開石墨烯能隙是解決石墨烯在未來電子學(xué)器件應(yīng)用問題的一種方法,我們提出了通過可控氫化改變碳納米管的π電子的邊界條件的方式,實(shí)現(xiàn)石墨烯納米帶電子結(jié)構(gòu)的重現(xiàn)。氫化的碳納米管亦表現(xiàn)出和石墨烯納米帶相同的自旋極化邊緣態(tài)和對(duì)稱性依賴的量子輸運(yùn)特性。功能化石墨烯是解決石墨烯大面積生長和商業(yè)應(yīng)用的一種重要途徑。我們對(duì)于其電子結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)不同的功能化基團(tuán)的吸附濃度和吸附構(gòu)型決定了其電子結(jié)構(gòu)為半導(dǎo)體型或金屬性,這也是由于π電子的邊界條件所決定,完美地解釋了實(shí)驗(yàn)中對(duì)電導(dǎo)率測量的爭議問題。碳化硅外延生長石墨烯是制備高質(zhì)量石墨烯的一種關(guān)鍵手段。通過對(duì)碳化硅外延的石墨烯表面氫化處理而形成的界面磁性對(duì)于石墨烯的自旋電子學(xué)器件具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。我們研究了氫化外延石墨烯的界面磁性機(jī)制并提出了一種通過改變襯底碳化硅結(jié)構(gòu)來調(diào)控界面磁性的方法,該機(jī)制的普適性也對(duì)于其他半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面磁性提供了理論指導(dǎo)。以鈦酸鋇為代表的鐵電材料在多鐵異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用對(duì)于高密度磁存儲(chǔ)器件的發(fā)展具有重要意義,而鐵電表面的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)的調(diào)控對(duì)于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面性質(zhì)具有很大的影響。我們研究了鐵電極化反轉(zhuǎn)對(duì)鐵電表面相圖的影響,發(fā)現(xiàn)不同鐵電極化條件下,表面穩(wěn)定結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化,因此提出了一種通過加外電場來調(diào)控鐵電材料表面結(jié)構(gòu)的物理機(jī)制。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 低維鐵電材料 電子性質(zhì) 調(diào)控 第一原理計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O469
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-24
• 1.1 引言8-10
• 1.2 石墨烯10-19
• 1.2.1 石墨烯的基本性質(zhì)10-13
• 1.2.2 石墨烯的制備13-15
• 1.2.3 石墨烯的性質(zhì)調(diào)控15-19
• 1.3 低維鐵電材料19-21
• 1.3.1 多鐵超晶格19-20
• 1.3.2 鐵電薄膜20-21
• 1.4 問題與展望21-23
• 1.5 論文內(nèi)容安排23-24
• 第2章 理論方法24-37
• 2.1 引言24-25
• 2.2 量子力學(xué)基礎(chǔ)25-26
• 2.2.1 量子多體問題25
• 2.2.2 Born-Oppenheimer近似25-26
• 2.3 密度泛函理論26-32
• 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理26-27
• 2.3.2 Kohn-Sham方程27-28
• 2.3.3 交換關(guān)聯(lián)泛函28-30
• 2.3.4 自旋極化30
• 2.3.5 平面波和贗勢方法30-31
• 2.3.6 Kohn-Sham方程的求解31-32
• 2.4 第一性原理非平衡格林函數(shù)方法32-36
• 2.4.1 Landauer B ¨uttiker方法32-34
• 2.4.2 非平衡格林函數(shù)方法計(jì)算透射率34-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第3章 可控氫化碳納米管制備石墨烯納米帶37-46
• 3.1 引言37-38
• 3.2 計(jì)算方法38-39
• 3.3 結(jié)果和討論39-45
• 3.3.1 應(yīng)力調(diào)控39-40
• 3.3.2 電子結(jié)構(gòu)40-44
• 3.3.3 量子輸運(yùn)性質(zhì)44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 功能化石墨烯的電子結(jié)構(gòu)研究46-55
• 4.1 引言46-47
• 4.2 計(jì)算方法47
• 4.3 結(jié)果和討論47-53
• 4.3.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性47-48
• 4.3.2 電子結(jié)構(gòu)48-50
• 4.3.3 緊束縛近似50-53
• 4.3.4 輸運(yùn)性質(zhì)53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 第5章 碳化硅外延石墨烯的界面磁性研究55-66
• 5.1 引言55-56
• 5.2 計(jì)算模型和方法56
• 5.3 結(jié)果和討論56-64
• 5.3.1 局域磁矩56-58
• 5.3.2 長程磁序58-64
• 5.4 討論64
• 5.5 本章小結(jié)64-66
• 第6章 極化對(duì)鐵電薄膜表面相圖的影響66-80
• 6.1 引言66-68
• 6.2 計(jì)算方法68-70
• 6.3 結(jié)果和討論70-78
• 6.3.1 順電相下的表面相圖70-71
• 6.3.2 鐵電相下的表面相圖71-74
• 6.3.3 電子結(jié)構(gòu)74-75
• 6.3.4 溫度效應(yīng)75-78
• 6.4 本章小結(jié)78-80
• 第7章 結(jié)論80-82
• 參考文獻(xiàn)82-95
• 致謝95-97
• 個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果97-98
• 個(gè)人簡歷97
• 在學(xué)期間參加的科研項(xiàng)目97
• 已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文97-98
• 已投稿的學(xué)術(shù)論文98

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