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目前在实验上已可以成功制备出二维纳米材料单层六角氮化硼,它有着与石墨烯类似的六角环结构,但是相比石墨烯,是一种宽带隙的半导体材料。单层六角氮化硼有很高的化学稳定性,很强的力学性质,以及很高的热传导性能,从而在纳米光电器件方面具有广阔的应用前景。单层六角氮化硼的电子结构将会受到过渡金属原子吸附的影响,并有可能为未来的自旋电子学器件提供新的材料。采用第一性原理的方法对单层六角氮化硼的磁性掺杂进行了系统研究,取得了以下主要研究成果。 (1)用两种不同的交换关联能(GGA和LDA)分别研究了单层六角氮化硼吸附单个3d过渡金属原子(V,Cr,Mn,Fe,Co和Ni)的稳定结构,磁学性质以及电子结构。研究发现,单个过渡金属原子吸附单层六角氮化硼最稳定结构的获得将受到交换关联选择的制约。考虑到LDA在束缚能计算方面的问题,计算中采用GGA是准确描述此系统的前提。研究发现V,Cr,Mn,Fe和Co原子吸附体系的自旋极化率在费米能级处或HOMO处达到100％这表明磁性金属原子吸附单层六角氮化硼的体系可能被用来作为潜在的自旋电子器件的材料。 (2)研究了异核的二聚物(NiV,NiCr,NiMn,NiFe和NiCo)吸附单层六角氮化硼的最稳定结构,磁性和电子结构性质。研究发现,这5种异核的二聚物吸附能分别比相应单个原子吸附能低很多,都属于化学吸附。这5种异核的二聚物最稳定的吸附结构基本上都是二聚物化学键垂直吸附于单层六角氮化硼的不同位置。另外,发现VNi和CrNi之间呈现反铁磁耦合。而NiMn,NiFe和NiCo都是铁磁耦合。这5种吸附体系在费米能级处或HOMO处达到100%自旋极化率。 (3)研究了同核的二聚物(VV,CrCr,MnMn,FeFe和CoCo)吸附单层六角氮化硼的最稳定结构,磁性和电子结构性质。CoCo和MnMn吸附于单层六角氮化硼后在费米能级处产生了100%自旋极化率。FeFe吸附体系在HOMO处的自旋极化率为100%。VV在费米能级处的自旋极化率为43%。CrCr吸附体系自旋极化现象很弱。其中CrCr两原子之间的耦合作用为反铁磁性。其他四种吸附着的二聚物两原子之间的耦合作用分别为铁磁耦合。 (4)研究了Ni团簇吸附单层六角氮化硼的最稳定结构,磁性和电子结构性质。Ni原子的二聚物和三聚物分别吸附单层六角氮化硼后,区别于单个Ni原子在单层六角氮化硼上的吸附,在费米能级处都产生了100%自旋极化率。