新型三维材料电子结构调控的第一性原理研究

发布时间：2020-10-11 12:35

　　 在材料的实际应用中,电子结构是一个重要的考量因素。调控电子结构可以改变材料的本征特性,有望获得更优异的材料性能。首先,总价电子数为18的半赫斯勒半导体在光电和热电等领域具有巨大的潜在应用价值。获得这些半导体的精确带隙能够有效地指导它们的实际应用。因此,我们用HSE06杂化泛函修正了27种最新报道的半赫斯勒半导体XYZ的带隙。此外,在特定的原子组成下,半赫斯勒材料可以发生能带反转而表现出拓扑非平庸态,有望被用于自旋电子学领域。我们在半赫斯勒材料的超胞LuAuS/LuPtBi中研究了LuPtBi层数调控的能带反转机制。最后,我们通过研究压强作用下bcc Gd的电子结构和磁结构变化来进一步理解镧系材料的强相互作用。本文的主要研究结果如下:1.HSE06杂化泛函修正使得半赫斯勒半导体XYZ的带隙显著增加,带隙增量取决于两个最低导带间的能量差。此外,我们发现了带隙随Z位和X位原子电负性差值增加而减小的反常特性,来源于削弱的Y位电子局域性。2.[111]LuAuSn/LuPtBi超胞在结构上是相对稳定的。增加LuPtBi层数时,[111]LuAuSn/LuPtBi超胞的能带反转增强,来源于能带排列、内建电场和量子限制的共同作用。3.压强作用下bcc Gd的磁矩减小,来源于自旋向上的能量较高的电子向自旋向下的能量较低的4f轨道转移。当压强接近90 GPa时,bcc Gd发生从铁磁向[011]方向反铁磁结构的转变。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN304
【部分图文】：

导体的晶体结构。它由 X 原子位于(0.25, 0.25, 0.25)、.0, 0.0, 0.0)的三个面心立方嵌套而成。本图用 VESTA 斯勒半导体CoTiSb和FeVSb的25 ×25 ×25(虚进行了测试，见图 3-2。从 CoTiSb 和 FeVSb 的 25 ×25 ×25 的倒易空间和 15 ×15 ×15 的倒，即 15 ×15 ×15 的空间网格能够给出收敛的能函中，我们均采用 15 ×15 ×15 的倒易空间网函会显著地增加计算量。为了节约计算成本，我出近似收敛的能带结构, 且显著地降低了计算

3-1 半赫斯勒半导体的晶体结构。它由 X 原子位于(0.25, 0.25, 0.25)、Y 原子位于(0.5, .5)、Z 原子位于(0.0, 0.0, 0.0)的三个面心立方嵌套而成。本图用 VESTA 可视化软件所做[1我们以半赫斯勒半导体CoTiSb和FeVSb的25 ×25 ×25(虚线)和15 ×15 ×实线) K 点网格进行了测试，见图 3-2。从 CoTiSb 和 FeVSb 的电子能带结构，我们可以看出 25 ×25 ×25 的倒易空间和 15 ×15 ×15 的倒易空间给出的结构是相同的，即 15 ×15 ×15 的空间网格能够给出收敛的能带结构。因此后续的 PBE 泛函中，我们均采用 15 ×15 ×15 的倒易空间网格。与 PBE 泛比，HSE06 泛函会显著地增加计算量。为了节约计算成本，我们采用了 7 × 的网格，能够给出近似收敛的能带结构, 且显著地降低了计算量。

TiSbRh 和 SbRhTi 三种半赫斯勒材料的总能随晶格参数的变中 X 位分别由 Rh、Ti 和 Sb 原子占据。勒半导体中原子的半径大小会影响 X、Y、Z 原子的为例，测试了不同原子占位的晶体稳定性。需要注意 原子和 Z 原子的占位是等价的，也就是说，在 Rh、化合物中只有 RhTiSb, TiSbRh 和 SbRhTi 三种构型。能随晶格参数的变化，见图 3-3。我们可以看到，RhiSbRh 和 SbRhTi 总能最低点的值小，即本文中的 Rh们还可以看出不同构型的平衡晶格参数在总能最小处型不同，但组成化合物的原子是相同的，而晶格参数影响了原子间电子的相互作用。实际上，我们也测试Sb 的三种不同构型，均表明本文中的构型更为稳定。本文中的 FeVSb，CoTiSb 和 NiTiSn 构型最为稳定斯勒半导体也是Ma等人从热稳定性上证明可能存在的
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本文编号：2836600