二维碳基自旋电子学材料和狄拉克材料的结构设计与物性研究
发布时间：2023-03-19 01:02
材料与人们的生活息息相关,人类社会的进步离不开新材料的发展。从石器时代到信息时代,历史上每一次重大的经济和社会变革都源于新材料的诞生。然而,传统上寻找新材料需要通过不断尝试、不断修正实验条件的方法来实现。这是一项艰巨的任务,需要投入大量的人力和物力,而且不可避免的会导致实验资源的浪费。随着计算物理学的发展,人们提出了改进这一问题的方法。首先对材料的结构和性质进行理论设计和预测,根据理论结果对材料进行初步筛选,然后再进行实验验证,这将极大地提高实验学家工作的效率,缩短材料制备的周期。本论文所包含的四个研究工作的意义即在于此,即通过对二维碳基自旋电子学和狄拉克材料进行结构设计和物性研究,为它们在实验上的实现提供坚实的理论支撑和指导。自旋电子学器件利用材料中电子的自旋自由度进行信息的传递、处理与存储,具有运行速度更快、集成度更高、耗能更低等传统半导体电子学器件无法比拟的优势,因而自诞生以来就成为人们研究的热点。目前,自旋电子学仍然面临着三大挑战:自旋的产生与注入、自旋的长程输运以及自旋的探测和调控。解决这些问题最核心和最基础的工作就是寻找到合适的自旋电子学材料。此外,随着电子器件日益集成化和...
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 自旋电子学材料简介
1.1.1 磁性金属和拓扑绝缘体
1.1.1.1 传统铁磁性金属
1.1.1.2 半金属
1.1.1.3 拓扑绝缘体
1.1.2 磁性半导体
1.1.2.1 稀磁半导体
1.1.2.2 Half半导体
1.1.2.3 零带隙自旋半导体
1.1.2.4 双极磁性半导体
1.2 二维狄拉克材料简介
1.2.1 石墨烯
1.2.2 硅烯和锗烯
1.2.3 石墨炔
1.2.4 碳或硼的同素异构体
1.2.5 过渡金属氧化物
1.2.6 有机晶体
1.3 调控材料电子性质的方法简介
1.3.1 电场调控
1.3.2 载流子掺杂调控
1.3.3 应变调控
1.3.4 表面或边缘修饰调控
1.3.5 原子替代掺杂调控
1.3.6 缺陷调控
1.3.7 界面调控
1.4 本论文的选题意义和研究内容
1.4.1 本论文的选题意义
1.4.2 本论文的研究内容
参考文献
第二章 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法简介
2.1 第一性原理计算方法的基本原理
2.1.1 薛定谔方程
2.1.2 绝热近似
2.1.3 单电子近似
2.2 密度泛函理论基础
2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
2.2.2 Kohn-Sham方程
2.2.3 交换关联能泛函近似
2.2.3.1 局域密度近似
2.2.3.2 广义梯度近似
2.2.3.3 杂化泛函
2.3 基于密度泛函理论的数值计算方法
2.3.1 原子轨道线性组合法
2.3.2 平面波方法
2.3.3 赝势方法
2.4 本论文所使用到的计算程序包简介
2.4.1 VASP
2.4.2 CALYPSO
2.4.3 Phonopy
参考文献
第三章 单层B4CN3和B3CN4体系的自旋电子学性质研究
3.1 引言
3.2 计算方法和参数
3.3 结果与讨论
3.3.1 几何结构和稳定性
3.3.2 电子结构和磁性性质
3.4 本章小结
参考文献
第四章 B4CN3/BN和B3CN4/BN双层异质体系的自旋电子学性质研究
4.1 引言
4.2 计算方法和参数
4.3 结果与讨论
4.3.1 晶格匹配模型
4.3.1.1 几何结构和稳定性
4.3.1.2 电子结构和磁性性质
4.3.1.3 层间耦合作用的影响
4.3.2 晶格失配模型
4.4 本章小结
参考文献
第五章 载流子掺杂单层Mg3C2体系诱导的半金属性质研究
5.1 引言
5.2 计算方法和参数
5.3 结果与讨论
5.3.1 几何结构和稳定性
5.3.2 电子结构和磁性性质
5.3.3 体系的磁性状态调控
5.4 本章小结
参考文献
第六章 二维有机C4N3H体系的电子性质研究
6.1 引言
6.2 计算方法和参数
6.3 结果与讨论
6.3.1 C4N3H的几何结构
6.3.2 C4N3H结构的稳定性
6.3.3 C4N3H体系的电子结构
6.4 本章结论
参考文献
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 研究展望
攻读博士期间发表和待发表的学术论文
博士期间获得的荣誉和奖励
博士期间在学术会议上做学术报告情况
致谢
本文编号：3764225
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 自旋电子学材料简介
1.1.1 磁性金属和拓扑绝缘体
1.1.1.1 传统铁磁性金属
1.1.1.2 半金属
1.1.1.3 拓扑绝缘体
1.1.2 磁性半导体
1.1.2.1 稀磁半导体
1.1.2.2 Half半导体
1.1.2.3 零带隙自旋半导体
1.1.2.4 双极磁性半导体
1.2 二维狄拉克材料简介
1.2.1 石墨烯
1.2.2 硅烯和锗烯
1.2.3 石墨炔
1.2.4 碳或硼的同素异构体
1.2.5 过渡金属氧化物
1.2.6 有机晶体
1.3 调控材料电子性质的方法简介
1.3.1 电场调控
1.3.2 载流子掺杂调控
1.3.3 应变调控
1.3.4 表面或边缘修饰调控
1.3.5 原子替代掺杂调控
1.3.6 缺陷调控
1.3.7 界面调控
1.4 本论文的选题意义和研究内容
1.4.1 本论文的选题意义
1.4.2 本论文的研究内容
参考文献
第二章 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法简介
2.1 第一性原理计算方法的基本原理
2.1.1 薛定谔方程
2.1.2 绝热近似
2.1.3 单电子近似
2.2 密度泛函理论基础
2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
2.2.2 Kohn-Sham方程
2.2.3 交换关联能泛函近似
2.2.3.1 局域密度近似
2.2.3.2 广义梯度近似
2.2.3.3 杂化泛函
2.3 基于密度泛函理论的数值计算方法
2.3.1 原子轨道线性组合法
2.3.2 平面波方法
2.3.3 赝势方法
2.4 本论文所使用到的计算程序包简介
2.4.1 VASP
2.4.2 CALYPSO
2.4.3 Phonopy
参考文献
第三章 单层B4CN3和B3CN4体系的自旋电子学性质研究
3.1 引言
3.2 计算方法和参数
3.3 结果与讨论
3.3.1 几何结构和稳定性
3.3.2 电子结构和磁性性质
3.4 本章小结
参考文献
第四章 B4CN3/BN和B3CN4/BN双层异质体系的自旋电子学性质研究
4.1 引言
4.2 计算方法和参数
4.3 结果与讨论
4.3.1 晶格匹配模型
4.3.1.1 几何结构和稳定性
4.3.1.2 电子结构和磁性性质
4.3.1.3 层间耦合作用的影响
4.3.2 晶格失配模型
4.4 本章小结
参考文献
第五章 载流子掺杂单层Mg3C2体系诱导的半金属性质研究
5.1 引言
5.2 计算方法和参数
5.3 结果与讨论
5.3.1 几何结构和稳定性
5.3.2 电子结构和磁性性质
5.3.3 体系的磁性状态调控
5.4 本章小结
参考文献
第六章 二维有机C4N3H体系的电子性质研究
6.1 引言
6.2 计算方法和参数
6.3 结果与讨论
6.3.1 C4N3H的几何结构
6.3.2 C4N3H结构的稳定性
6.3.3 C4N3H体系的电子结构
6.4 本章结论
参考文献
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 研究展望
攻读博士期间发表和待发表的学术论文
博士期间获得的荣誉和奖励
博士期间在学术会议上做学术报告情况
致谢
本文编号：3764225
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