铁、钴和镍小尺寸团簇在扶手椅型石墨烯纳米带表面的吸附行为研究

发布时间：2019-08-15 12:56

【摘要】：准一维石墨烯纳米带的宽度和边缘结构决定了其电子性质。通过引入缺陷、杂质和吸附原子等方式能够显著地改变体系的电学和磁学性质。特别是吸附过渡金属原子后会形成不同的几何构型，极大地改变了整个体系的物理和化学性质。因此，具有过渡金属团簇吸附的石墨烯纳米带成为制造新型自旋电子器件的候选材料。本文利用密度泛函理论系统地研究了不同宽度的扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs)吸附Fen、Con和Nin(n=1-4)团簇的几何结构和相关性质。 本文第一章主要介绍了石墨烯和石墨烯纳米带的发现、实验制备方法以及研究现状，同时介绍了不同宽度和边缘结构的石墨烯纳米带的电子特性，最后给出了本文研究的目的和意义。第二章主要简单介绍了密度泛函理论和VASP程序包。第三章和第四章详述了我们的研究结果。 在第三章中，我们系统地研究了宽度为N=8的扶手椅型石墨烯纳米带上Fen、Con和Nin(n=1-4)团簇的吸附行为，分析了体系的几何构型、电子结构和磁性。计算结果表明，，Fen、Con和Nin/AGNR体系具有很高的稳定性和较大的磁矩，并且Fen/AGNR的总磁矩要大于相应的Con/AGNR和Nin/AGNR。由于石墨烯纳米带是准一维的，不同尺寸的Fen、Con和Nin团簇更倾向于吸附在石墨烯纳米带的边界而不是分散在纳米带中间。另外,由于金属原子和邻近碳原子之间的相互作用，使得扶手椅型石墨烯纳米带边界发生轻微的变形。与AGNR的非磁半导体性质不同，在Fen/AGNR中当n=1-3时体系为自旋极化率-100%的半金属，而Fe4/AGNR则是铁磁半导体。对于Con/AGNR，只有单原子的吸附使得扶手椅型石墨烯纳米带转变为半金属性，Con/AGNR(n=2-4)体系仍为铁磁半导体。此外Nin/AGNR体系表现出不同于Fen/AGNR和Con/AGNR体系的电子结构，Ni/AGNR基态结构是非磁的半导体，但Nin/AGNR(n=2-4)则是半金属。最后，通过改变团簇的磁态，在各个具有半金属性的基态体系中观测到显著的磁电阻效应。 考虑到不同宽度的AGNR具有不同的镜面对称性，在第四章中还研究了宽度为N=9的AGNR上吸附Fen、Con和Nin(n=1-4)团簇的相关性质。对于Fen/AGNR，当n=1-4时体系均为自旋极化率-100%的半金属。对于Con/AGNR，除了Co3/AGNR体系为铁磁半导体外，其余均为自旋极化率-100%半金属。在Nin/AGNR中，Ni/AGNR为非磁的半导体，而Nin/AGNR(n=3、4)为自旋极化率-100%半金属。更为有趣的是，Ni2/AGNR也是半金属，但是其自旋极化率为+100%。这些结果表明，依赖于团簇的性质，Fen、Con和Nin/AGNR具有不同的电学和磁学性质，可以用作功能化纳米器件的构建。
【图文】：

碳的同素异形体[5]

体系考虑了电子从最近邻电子轨道跃迁到图 1-3 二维石墨烯的晶体结构及布里渊区[5]IG 1-3 Lattice structure of graphene and its Brillouin zon
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

【共引文献】

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本文编号：2527009