二维CrN纳米片的弹性与磁学性质的第一性原理研究

发布时间：2017-08-02 14:21

  本文关键词：二维CrN纳米片的弹性与磁学性质的第一性原理研究

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【摘要】：过渡金属氮化物(transition metal nitride.简记为TMN)有着丰富的基本性质和广泛的技术应用。CrN是其中一种很典型的材料,它不但具有一般过渡金属氮化物的性质,还具有很高的热稳定性,良好的电传导性。在磁性方面,当三维块体材料降到低维时,材料的磁学性质会发生很大的变化。本文采用密度泛函平面波方法研究了二维CrN纳米片的弹性性质和磁学性质。研究发现,二维CrN纳米片存在稳定结构,二维状态方程对其结构的适用范围为改变平衡面积的±10%。电子结构体现半金属性质。经计算得到了材料单层的层模量,表明其抗应变能力比石墨烯更强。平面应变可以有效的调控二维CrN纳米片的金属性。在磁性方面,二维CrN纳米片具很强的铁磁性,平面应变不会改变其磁性结构,这种铁磁作用能增强该材料的稳定性。主要计算结果可归纳如下：(1)采用Andrew R C等提出的计算方法计算了二维状态方程对于单层CrN纳米片结构的应变适用范围。(2)采用平面应变调控对二维CrN纳米片体系的电子结构、层模量、杨氏模量、切变模量进行了研究,通过对弹性常数的计算验证了二维层模量的准确性。计算得到二维CrN的层模量γCrN=330.2Nm-1,是比石墨烯(其层模量为γC=215.9Nm-1)抗应变能力更强的二维材料。(3)在磁性方面,二维CrN纳米片具很强的铁磁性,小范围平面应变不会改变其磁性结构,这种铁磁作用能增强该材料的稳定性。(4)平面应变可以有效的改变二维CrN的物理性质,从而实现对其金属性及磁性的调控。分析表明,二维CrN纳米片是一种力学性能良好且具有强大铁磁性的半金属材料,在电子自旋学领域有着很好的应用前景。其结果为实验研究提供了可靠的理论指导。
【关键词】：二维CrN 第一性原理计算 弹性常数 磁学性质
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O469;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-16
• 1.1 研究背景7-9
• 1.2 常见二维材料的力学性质9-10
• 1.3 3d过渡金属离子晶体的磁学性质10-12
• 1.4 CrN材料性质介绍12-14
• 1.5 课题研究内容14
• 1.6 本章小结14-16
• 第二章 基础理论16-30
• 2.1 密度泛函理论16-25
• 2.1.1 基本介绍16-17
• 2.1.2 DFT理论的基本框架和特点17-19
• 2.1.3 一维玻色系统DFT(T=0K)19-20
• 2.1.4 Hohenberg-Kohn定理20-23
• 2.1.5 Kohn-Sham方程23-24
• 2.1.6 局域密度近似与广义梯度近似24-25
• 2.2 弹性理论25-28
• 2.2.1 基于第一性原理研究材料的力学性质25-26
• 2.2.2 二维材料的弹性理论计算方法26-28
• 2.3 计算软件-VASP介绍28-30
• 第三章 二维CrN的结构优化及力学性质分析30-37
• 3.1 二维CrN的结构优化及稳定性分析30-32
• 3.1.1 计算参数30
• 3.1.2 理论模型30-31
• 3.1.3 结构优化与稳定性分析31-32
• 3.2 二维CrN的力学性质分析32-37
• 3.2.1 二维CrN的弹性模量32-35
• 3.2.2 二维CrN的力学性质35-37
• 第四章 二维CrN的电学及磁学性质分析37-44
• 4.1 电子结构分析37-42
• 4.2 磁性分析42-43
• 4.3 总结43-44
• 参考文献44-48
• 致谢48

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本文编号：609712