类石墨烯InSe纳米片吸附体系的第一性原理研究

发布时间：2020-05-27 00:15

【摘要】：通过基于密度泛函理论的第一性原理研究,设计并搭建了类石墨烯纳米片InSe吸附材料的物理模型。优化了不同过渡金属元素、卤族元素和超卤分子吸附的InSe纳米片的几何结构,并计算了它们的吸附能和具有稳定吸附相纳米片的自旋极化能带结构和态密度、半金属性、磁矩等磁电性能,并基于晶体场理论分析了这些性能的微观机制,以期对二维自旋电子器件的理论设计和实验研究提供有价值的理论参考,并丰富类石墨烯纳米片的理论研究。本文的主要研究内容如下:(1)发现了多种半金属性纳米片TM-InSe。系统研究了它们的结构,电学和磁学性质。InSe纳米片是典型的半导体,但是,TM-InSe纳米片能导电,是典型的半金属性纳米片。TM为Mn、Fe和Co时,TM-InSe纳米片的总磁矩分别约为5.180、3.930和1.280μ_B。它们的电导率,半金属性和磁矩主要来自于吸附的TM离子,部分来自于In和Se离子。Mn-InSe和Fe-InSe纳米片的TM-3d4s和Se-4p_z电子均以高自旋序列进入分子轨道,而Co-InSe纳米片的电子则以低自旋序列进入分子轨道。Mn-InSe、Fe-InSe和Co-InSe纳米片的电子结构分别为σ~1↑σ~1↓d~5↑d~1↓σ*~1↑、σ~1↑σ~1↓d~5↑d~2↓σ*~1↑和σ~1↑σ~1↓d~5↑d~4↓。(2)发现了卤族原子吸附诱导的多种半金属纳米片InSe-X(X为F、Cl、Br和I),系统地研究了它们的几何结构、电学和磁学性质。结果发现,X离子(X为F、Cl、Br和I)吸附的InSe-X纳米片能导电,是典型的2D半金属材料,它们的磁矩等于或接近1.000μ_B。InSe-F纳米片中具有sp~2杂化轨道,其导电性、半金属性和磁矩主要源于In和Se离子。InSe-X(X为Cl、Br和I)纳米片中具有sp~3杂化轨道,它们的电导率、半金属性和磁矩主要源于X离子,部分源于In和Se离子。(3)优化了吸附浓度分别为5.6%、6.3%、9.2%、11.0%、12.5%、16.7%和25.0%时吸附超卤分子MnCl_3的InSe体系的几何结构,并计算了它们的磁电性质,包括自旋极化的能带结构和态密度、bader电荷、差分电荷和吸附能等。结果表明,无电场且吸附浓度为25.0%时体系出现半金属性质;施加电场后,吸附浓度12.5%的吸附体系具有明显的磁矩。随正向电场的增加,当电场强度大于0.6 V/?,该体系表现出了半金属性质,费米面处的自旋极化率达到100%。
【图文】：

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硕士学位论文晶体管电气特性，这开启了二维材料的初期探索。从石墨烯研究显示，石墨烯具有新颖的物理性能[11]。知，石墨烯是当前世界上最薄、柔韧性最强的二维碳材料[子以六方晶格构型形成蜂窝状结构。石墨烯具有十分优异，是构建其他维数碳质材料(如零维富勒烯、一维碳纳米管[13]。石墨烯中每个碳原子有四个电子，其中的三个电子通邻的 3 个 C 原子形成共价键，即平面内 σ 键。垂直于平面子 Pz轨道则形成 π 键和 π*键，它们在布里渊区 K 点退化，导致它们为零带隙的金属能带结构。因此，石墨烯的导电

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石墨烯在光子学、非线性光学、柔性透明分离膜中均有很多潜在应用[16-18]，它还是典，因此它被认为是新材料中的一项十分重要的维类石墨材料研究现状以及它的优良性能使得类似于石墨烯结构的二的研究热点。归因于可调制能带结构和维数效应类石墨烯材料具有独一无二的物理和化学性质光电、自旋电子器件、传感器[21]等领域中极具烯，即具有石墨烯官能团化的石墨烯材料(石, MoS2, WS2[23,24]等。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB383.1

【参考文献】