3d过渡金属原子掺杂单层氮化硼、氮化铝的第一性原理计算研究

发布时间：2020-07-25 20:45

【摘要】：自旋电子学是一门新兴的学科和技术,在固体器件中加入电子的磁矩,用电子的自旋来携带信息,从而减少电能消耗。自旋电子器件有望解决现代电子计算机的主要问题:电力耗费巨大;计算机耗费能量产生的热量又需要更多的能量来冷却。作为对比,自旋电子器件产生很少的热量,使用相对来说非常少的电量。因此,自旋电子学受到了广大研究人员的关注。在自旋电子器件的相关研究中,二维材料因其独特的电子特性,被认为是将其应用于自旋电子器件的关键。典型的二维结构包括六方氮化硼(h-BN)单层、六方氮化铝(h-AlN)单层等。本论文采用基于密度泛函理论(DFT)和投影缀加平面波(PAW)的第一性原理计算方法,对Co、Ni原子掺杂h-BN单层、以及Cr、Mn原子掺杂h-AlN单层的几何结构、电子性质以及磁性性质进行了系统的研究。在此基础上,研究相应的自旋输运的特性,进而为设计新型自旋电子器件,提供坚实的理论依据。本论文主要研究内容以及结论如下:本论文首先介绍了研究背景、基本理论基础以及研究的主要内容。其次介绍研究本课题所要用到的软件及计算理论基础。最后,分别对Co、Ni原子掺杂h-BN单层、以及Cr、Mn原子掺杂h-AlN单层的几何结构、电子性质以及磁性性质进行系统的研究,计算所有研究体系的电荷密度、自旋密度及态密度,最后通过对比分析得出结论。研究发现:未掺杂的h-BN单层以及h-AlN单层都是非磁的。但是单个的Co原子、Ni原子、Cr原子以及Mn原子都能在体系引入磁矩,并且磁矩主要由掺杂原子的d轨道贡献。进一步研究了掺杂原子之间的磁性耦合情况,发现,Co原子和Cr原子耦合掺杂体系均是铁磁态与反铁磁态并存,Ni原子和Mn原子耦合掺杂都能在体系中引入磁基态,从而产生集体性宏观磁性。
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O469
【图文】：

操作界面,软件

本课题的研究涉及到的软件有 Origin 软件，Material studio 软件，VESTA 软ASP 软件等。.5.1 VESTA 软件VESTA 全称 Visualization for Electronic and Structural Analysis，电子和结果分可视化。这是一款人们用来研究材料的结构模型和三维网络数据的一款程序。程序有一个主要的特点，可以用同一个窗口完成两项任务，这两项任务分别是的处理和模型结构的构建。这款软件可以做到窗口多个标签同时运行。而这里个是可以扩展到无限个（对无限个进行解释比如多面体化合物和等值多变体）款软件可以完成晶格的转变，而这个转变是由传统到利用矩阵的非常规的变换样的不断变化的矩阵是可以被利用的，人类利用这样的矩阵创造了晶格和超晶VESTA 的程序包中包含了很多的数据文件。可以根据这个特点，利用这款软很多复杂的功能和运算，例如可以得到质量比较高的等值面和界面。

界面图,软件操作,界面

析主要包括统计，信号处理和图像处理功能。在峰值的分析和曲线拟很大的突破。当准备好数据以后，想要对数据进行分析的时候，只需指令就可以对数据分析。该软件对数据的分析是居于模板的，其自身二维或者三维绘图模板，用户自己可以很久自己的需求，对模板进行自己选择模板，还可以自定义数学模型，数学函数，绘图模板，图形开放的优点，软件可以和各种数据库软件，办公软件，图像处理软件几个例子，在 ASCII、Excel、pClamp 在内的多种语言在内的数据都可件，在另一方面这个软件在图像分析方面也有所突破，输出的是多种件。例如譬如 JPEG、GIF、EPS、TIFF 等等。在这个软件内也支持编便让这个软件执行批量任务处理，这个软件里面有两种编程语言，分和 Origin C。

并行服务器,服务器

图 2- 3 服务器实验室研究课题组运用的服务器的型号是 PR2520R，它是由深圳宝德科技生产的服务器，性能比较优良，运行比较稳定。图 2-3 所示是计算所使用的服务器，服务器的具体性能参数如下：运行内存为 32G，CPU 为双核的处理器，存储内存为 600G服务器需要搭配 Redhat 系统运行使用，简称为红帽系统，是目前最流行也是运行最好的一种 Linux 系统。本文计算所使用的软件是 VASP 软件，该软件的运行要基于Linux 系统之上，由于该软件的运算量比较大，需要长期的稳定运行，因此都在服务器上进行运算。该软件可以进行并行运算，可以将资源集中到一起提高运算的速度例如将多个服务器并行到一起。

【参考文献】