新型自旋电子薄膜材料的第一性原理设计

发布时间：2024-12-22 06:10

　　由于量子尺寸效应,二维体系通常比其对应的块体材料表现出更加独特的电子性质、光学性质和催化性能等,在新型电子器件、自旋电子器件和光电器件等方面有广泛应用,因而引起了人们广泛的兴趣。为了拓展低维材料的应用,寻找具有优良特性的自旋电子学薄膜材料和设计具有新奇属性的二维异质结材料,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法预测和设计了一种应变可调的铁磁金属薄膜,以及一种室温下可操作的具有显著Rashba效应的二维垂直异质结。论文的主要内容和结论如下:块体MoSi2是一种具有赝带隙特征的非磁金属材料。降低维度发现多层MoSi2薄膜也是非磁金属,而单层(三个原子层厚)MoSi2薄膜表现出金属磁性。通过偏好磁序计算和扩胞计算,确认了铁磁态是单层MoSi2薄膜的基态。同时,本文考虑了表面修饰对单层MoSi2薄膜磁性的影响,发现单侧氢饱和与单侧氧饱和会减弱体系磁性,而双侧氢饱和会导致磁性消失。进一步对单层MoSi2薄膜磁性的应变效应的研究表明,随着应变从-5%增加到5%,体系总磁矩单调减小,在5%拉伸应变时,体系出现了从铁磁序到顺磁序的磁相变。分析表明,压缩应变会增加单层MoSi2体系的自旋极化率、局域磁矩...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?Ｓｉ－Ｍｏ化合物相平衡系统的组成与Ｍｏ原子成分之间的关系

Ｓｉ３Ｍｏ５，?ＳｉＭｏ３和Ｍｏ这五种物质中，Ｓｉ２Ｍｏ的能量是最低的，说明Ｓｉ、Ｍｏ原子的??化学计量配比为２：?１时是最稳定的。Ｍ〇Ｓｉ２的晶体结构，普遍认为的是有两种相，??四方结构的Ｃ１Ｕ相和六角结构的Ｃ４０相。如图１．２?（ａ）所示，给出的是四方ＭｏＳｉ２??的最小对称....

图１．２?（ａ）?ＭｏＳｉ２四方结构Ｃ１１Ａ相的晶胞结构和（ｂ）?ＭｏＳｉ２六角结构Ｃ４０相的晶胞结构

Ｓｉ３Ｍｏ５，?ＳｉＭｏ３和Ｍｏ这五种物质中，Ｓｉ２Ｍｏ的能量是最低的，说明Ｓｉ、Ｍｏ原子的??化学计量配比为２：?１时是最稳定的。Ｍ〇Ｓｉ２的晶体结构，普遍认为的是有两种相，??四方结构的Ｃ１Ｕ相和六角结构的Ｃ４０相。如图１．２?（ａ）所示，给出的是四方ＭｏＳｉ２??的最小对称....

图１．３?（ａ）?ＷＳｉ２和（ｂ）?ＭｏＳｉ２（１１０）面完全相对论性的恒定赝电荷密度等值面，图中??以?８ｘ?１?（Ｔ３?ｅ?／?ｂｏｈｒ３?为标准

Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａ等人［３２］采用自洽的半相对论范数不变赝势方法比较了?ＭｏＳｉ２和??ＷＳｉ２平衡键长和对称光声子频率。在平衡键长的位置，分别计算了两个体系的??结合能，能带，投影态密度，成键电荷密度和费米面。如图１．３?（ａ）和（ｂ）分??别给出了?ＷＳｉ２?（１１０....

图１．４石墨烯－石墨烷超晶格（ａ）铁磁态自旋极化电荷密度和（ｂ）反铁磁态自旋极化电荷??密度，（ｃ）顺磁态密度，（ｄ）铁磁序自旋极化态密度和（ｅ）反铁磁序自旋极化态密度［５Ｑ］

??在该体系中由于Ｓｔｏｎｅｒ型不稳定性，体系的磁态比非磁态更稳定。从图１．４（ｃ）??中可以明显看出，石墨烯－石墨烷超晶格体系在顺磁态中有一个尖峰出现在费米??能级处，在这个体系中导致了?Ｓｔｏｎｅｒ型不稳定性。这样的不稳定性，可以通过??在铁磁态中将这个峰劈裂成上下自旋两个峰....

本文编号：4019565