第一性原理研究氟化纳米材料的磁性

发布时间：2017-10-04 17:03

  本文关键词：第一性原理研究氟化纳米材料的磁性

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【摘要】：鉴于轻元素磁体在自旋纳米器件上的应用前景,在富勒烯和石墨里观察到了磁性的存在之后,仅包含sp电子的轻元素材料中的磁性引起广泛关注。此论文主要内容为利用HSE杂化泛函第一性原理计算研究吸附氟原子的硼氮纳米管、硼氮二维片、碳纳米管、石墨烯中的磁性。相比局部密度泛函(LDA),杂化泛函(HSE)有更高的精度,计算更加昂贵。我们基于HSE第一性原理计算,发现氟化的硼氮纳米管是满自旋极化,而且具有半金属性质。在氟化的硼氮纳米带和二维片中也发现同样的结果。它们拥有的1μB局域磁矩,并与半径大小无关。而在之前的报道中,局域密度泛函计算得到的结果为：随着半径的增大,局域磁矩减小,磁性在平面结构中消失。我们的结果对其有很大的修正。在氟化硼氮体系中,自旋极化电子是长程铁磁耦合的,并随着半径的减小逐渐减小,最后在(4,0)F-BN纳米管中铁磁耦合消失。在氟化的石墨烯和碳纳米管中,发现F原子链沿着锯齿形边界的情况可以诱导出铁磁性耦合；然而F原子沿着扶手椅型方向的情况诱导出的却是反铁磁性耦合。在石墨烯和纳米管上的自旋极化率和局域磁矩大小都是稳定的,不随着尺寸和管径的改变而改变。这些结果为继续对低维轻元素材料磁性的研究提供了新的视野,对未来自旋器件材料研究有重要意义。
【关键词】：第一性原理 HSE杂化泛函 自旋极化 铁磁 吸附
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景与科学意义10-11
• 1.2 纳米材料11-15
• 1.2.1 硼氮纳米管11-13
• 1.2.2 碳纳米管13
• 1.2.3 硼氮片层13-14
• 1.2.4 石墨烯14-15
• 1.3 磁性15-17
• 1.3.1 顺磁性15-16
• 1.3.2 铁磁性16
• 1.3.3 反铁磁和亚铁磁16-17
• 第二章 模型及方法17-23
• 2.1 计算体系17-19
• 2.2 第一性原理计算19
• 2.3 密度泛函理论19-21
• 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理19-20
• 2.3.2 Kohn-Sham方程20
• 2.3.3 局域密度近似20
• 2.3.4 广义梯度近似20-21
• 2.4 杂化泛函21-23
• 第三章 硼氮体系结果讨论23-38
• 3.1 K点测试23-24
• 3.2 磁性计算24-29
• 3.3 单胞上两氟原子间距对铁磁耦合的影响29-30
• 3.4 F-BN化学势的计算30-33
• 3.4.1 化学势的概念30-31
• 3.4.2 BN-F化学势31-33
• 3.5 平面硼氮片层的磁性33-36
• 3.5.1 一个氟原子吸附的情况34-35
• 3.5.2 两个氟原子的情况35-36
• 3.6 本章小结36-38
• 第四章 碳纳米体系结果讨论38-48
• 4.1 碳纳米管磁性计算38-43
• 4.2 石墨烯磁性计算43-46
• 4.2.1 一个氟原子吸附在单层石墨烯的情况44-45
• 4.2.2 两个氟原子单面吸附在单层石墨烯的情况45-46
• 4.3 碳纳米体系手性与磁性的关系46
• 4.4 本章小结46-48
• 结论48-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-53
• 硕士期间发表的论文53

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本文编号：971791