空位缺陷磷烯的电子结构及磁性研究：双轴应变的调制作用

发布时间：2017-09-09 00:04

  本文关键词：空位缺陷磷烯的电子结构及磁性研究：双轴应变的调制作用

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【摘要】：2014年,Wanglin Lu,Haiyan Nan等人利用微机械剥离和等离子体减薄的方法制备出黑磷的单层结构--磷烯,它是除了石墨烯外的又一种由单类主族原子构成的二维材料。磷烯具有非常优异的光、电、磁学等物理性质,特别是,磷烯在保持了极高的载流子迁移率(1000 cm2 V-1 s-1)的同时具有天然的直接带隙,使其在PN结、太阳能电池和场效应晶体管(FET)等各种电子器件领域展现出巨大的潜在应用前景。基于磷烯在电子器件领域实际应用中的需求,对其电子性质的可控调制尤为重要。磷烯优异的机械性能为其电子性质的调制提供了便利。研究表明磷烯的能带结构能够通过应变实现有效的调制。同时,在制备和转移过程中会不可避免引入机械应变和缺陷。应变和缺陷都会影响到其材料的电子性质。在本文中我们采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究双轴应变对缺陷磷烯的电子结构和磁性的调制规律。首先,我们研究了应变对含有单空位(SV956、SV5566)和双空位(DVp、DV4104、DVa)的磷烯结构电子结构调制。我们发现磷烯的单/双空位会在带隙内引入缺陷带,引起半导体的掺杂效应,同时,应变能够调制这种特性。双轴拉伸时:带隙先增大后减小,但应变对SV956磷烯的带隙影响不大。在拉伸应变条件下,导带边缘的能带进入带隙,形成了缺陷带,并随着应变的增大向价带移动。双轴压缩时:带隙单调降低。对于单空位磷烯来讲,带隙内的缺陷带具有很强的局域性,并随着应变的增大其有向导带移动的趋势;对于双空位磷烯而言,缺陷带分布在导带边缘,并且随着应变逐渐向导带内部移动。其次,我们进一步研究了应变对含有单空位(SV956、SV5566)和双空位(DVp、DV4104、DVa)的磷烯结构的磁态调制,研究表明:双轴应变对缺陷磷烯的磁矩具有重要的调制作用:自然状态下,只有SV956拥有磁矩,主要由缺陷附近的Jahn-Teller畸变引起的悬挂键贡献,应变能够调制SV956的磁矩;无磁矩的SV5566和DVa在应变调制下会产生磁矩,磁矩也主要是由缺陷附近的悬挂键贡献。双轴应变对系统磁矩调制的原因来源于应变对缺陷附近成键结构的影响,从而调制。我们的结果表明应变是调控基于磷烯的自旋电子器件的有效途径。
【关键词】：磷烯 电子结构 磁性 缺陷 双轴应变
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O627.51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 磷的同素异形体9-11
• 1.3 黑磷的结构11-15
• 1.3.1 磷烯的制备12-13
• 1.3.2 磷烯的性质和应用13-14
• 1.3.3 应变、缺陷对二维材料物理性质的影响14-15
• 1.4 本论文的研究目的和内容15-16
• 第2章 理论基础和计算方法16-20
• 2.1 密度泛函理论16-18
• 2.1.1 绝热近似16
• 2.1.2 Kohn-Sham方程16-18
• 2.1.3 交换关联泛函18
• 2.2 计算软件简介18-20
• 第3章 双轴应变对缺陷磷烯非自旋电子结构的调制20-35
• 3.1 引言20-21
• 3.2 计算理论与方法21
• 3.3 结果与讨论21-33
• 3.3.1 缺陷磷烯的稳定性研究21-23
• 3.3.2 单空位及其应变调制23-28
• 3.3.3 双空位及其应变调制28-33
• 3.4 本章小结33-35
• 第4章 双轴应变对缺陷磷烯磁性的调制35-45
• 4.1 引言35-36
• 4.2 计算方法与模型36-37
• 4.3 计算结果与分析37-44
• 4.3.1 系统稳定性、磁性特征37-39
• 4.3.2 双轴应变对缺陷结构的影响39-40
• 4.3.3 双轴应变对能带的影响40-42
• 4.3.4 双轴应变对缺陷附近原子PDOS的影响42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 总结与展望45-46
• 5.1 论文总结45
• 5.2 工作展望45-46
• 参考文献46-51
• 致谢51-52
• 攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果52

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本文编号：817108