二硫化钒纳米带的电子结构和磁性质的第一性原理研究

发布时间：2017-08-22 23:01

  本文关键词：二硫化钒纳米带的电子结构和磁性质的第一性原理研究

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【摘要】：二维材料很大程度上满足了未来发展对集成电子系统轻便超薄、透明度高及灵活性好等要求。近十年来,除石墨烯以外,二维单层层状过渡金属硫族化物(TMDCs)材料以其优异的力学性质、电子性质和光学性质吸引了大家广泛的关注。但是,大多数二维TMDCs材料不具有本征磁性,而二硫化钒(VS2)作为新兴的二维层状无机材料,由于其具有本征磁性,可用于自旋电子学器件材料,获得了广泛的关注。本论文主要通过第一性原理计算的方法对二维单层VS2及一维不同宽度不同边界的二硫化钒纳米带进行模拟计算和理论研究,通过分析材料的电子结构和磁矩变化来探究其电磁性质。其主要内容如下：1)研究了单层二硫化钒的蜂窝状的三斜晶体(H-VS2)和中心蜂窝状的八面体晶系(T-VS2)两种晶格结构的稳定性,及其不同宽度一维纳米带的电子性质。我们的计算结果表明,单层VS2虽然都表现为铁磁金属性,H型和T型VS2晶胞的总能随晶格常数(体积)的收缩或膨胀呈不同的抛物线变化,即在一定应力条件下,两种结构可以互相转换。H,T型VS2纳米带材料的电子性质也不同,其中扶椅形(armchair)和锯齿形(zigzag)边界的T-VS2纳米带都表现为金属性,且与纳米带的宽度无关,与其块体和单层的电子性质一样；不同宽度的H型zigzag边界VS2纳米带的电子性质也表现为金属性,而armchair边界的H-VS：纳米带既可能是金属、半金属性,又可能是半导体性的电学性质。2)我们研究了二硫化钒纳米带的磁性质随纳米带宽度的变化规律,及缺陷对VS2纳米带磁性的影响。在一维VS2纳米条带中,H型纳米带的总磁矩比T型纳米带要大,且磁性随着纳米条带宽度不同呈现出不同的变化规律。H型条带的磁性随着宽度增加线性增大,但T型条带出现磁性的震荡行为。此外,我们通过探究优化后纳米带内部键间间距变化关系来分析解释了磁矩变化规律。实验上,材料缺陷的存在是不可避免的,我们理论上简单计算了硫缺陷的存在对纳米带磁性的影响。研究发现硫缺陷可以使纳米带由铁磁到反铁磁变化,或是使材料的磁性增加或减小,且不同位置的硫缺陷对纳米带的磁性影响也不相同。综上所述,本论文基于对VS2材料的计算,探究了材料的电子和磁性质,这对VS2材料将来在电子自旋器件方面的开发和应用有一定的理论参考价值。
【关键词】：二硫化钒 纳米带 第一性原理 磁性质 空位缺陷
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ135.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景介绍10-11
• 1.2 过渡金属二硫族化物的概述11-14
• 1.3 二硫化钒的结构、性质及应用14-21
• 1.3.1 少数层二硫化钒材料的制备14-17
• 1.3.2 二硫化钒的结构性质17-21
• 1.4 本论文的研究内容21-22
• 第二章 理论方法22-30
• 2.1 密度泛函理论基础22-25
• 2.2 密度泛函理论25-28
• 2.3 VASP软件包28-30
• 第三章 单层VS_2及其纳米带的稳定性和电子性质研究30-39
• 3.1 单层VS_2薄膜稳定性和电磁性的研究30-33
• 3.1.1 计算方法30-31
• 3.1.2 结果讨论31-33
• 3.2 一维二硫化钒纳米条带的稳定性和电子性质研究33-37
• 3.2.1 模型与理论方法33-35
• 3.2.2 结果与讨论35-37
• 3.3 小结37-39
• 第四章 一维二硫化钒纳米带的磁性质研究39-48
• 4.1 一维VS_2纳米带磁性的研究39-44
• 4.1.1 计算方法39-41
• 4.1.2 结果与讨论41-44
• 4.2 硫缺陷对二硫化钒纳米带磁矩的影响44-47
• 4.2.1 模型及理论方法44-46
• 4.2.2 结果与讨论46-47
• 4.3 小结47-48
• 第五章 总结与展望48-50
• 5.1 论文总结48
• 5.2 展望48-50
• 致谢50-51
• 攻读硕士学位期间论文发表情况51-52
• 参考文献(References)52-59

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本文编号：721508