【摘 要】
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自2004年石墨烯成功被剥离出来之后,石墨烯因其独特的性质飞速发展成为新兴材料的热门话题。随之,二维纳米材料作为新兴材料中的新星,也因其独特的物理和化学特性备受瞩目。其中过渡金属硫族化合物具备良好的磁学、电学、热力学等特性,被广泛应用在电子和光电设备、自旋电子器件和集成电路等领域中。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了单层PtSe2材料的电子结构与磁性,计算了非金属原子（N、P、As）掺
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自2004年石墨烯成功被剥离出来之后,石墨烯因其独特的性质飞速发展成为新兴材料的热门话题。随之,二维纳米材料作为新兴材料中的新星,也因其独特的物理和化学特性备受瞩目。其中过渡金属硫族化合物具备良好的磁学、电学、热力学等特性,被广泛应用在电子和光电设备、自旋电子器件和集成电路等领域中。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了单层PtSe2材料的电子结构与磁性,计算了非金属原子（N、P、As）掺杂以及非金属元素与过渡金属元素共掺杂下的晶格常数、形成能、能带结构等,取得的主要结果如下:（1）探究非金属原子X=N、P、As（掺杂浓度为3.125%）对单层PtSe2电子结构与磁性的影响。计算结果表明掺杂体系的总能量、形成能与掺杂原子的半径具有密切的关系。随着原子半径的增大形成能也增大,通过对不同实验条件下形成能的对比得知在富铂的实验条件下替位掺杂更容易进行。研究结果还表示N、P、As原子的引入可以有效调控PtSe2单层的p型掺杂。进一步分析磁性可知N、P、As原子所掺杂的系统都显示出磁性,是磁性半导体材料。（2）在以上掺杂系统中我们选取最稳定的N掺杂体系来研究应变对其电子结构和磁性的影响。计算结果显示在-6%至13%的应变作用下,该体系依然呈现为p型掺杂。无应力作用时该体系的磁矩为0.542μB。在不同应变作用下磁矩发生了变化,但在-6%应变下磁矩最大为0.782μB。此外,随着拉伸与压缩应变的不断增加,带隙不断变小。同时,在应变调控的作用下导带底与价带顶的位置也发生了改变,但体系始终保持着间接带隙半导体的特性。（3）探究非金属原子X=N、P、As（选取2个X原子,掺杂浓度为6.25%）对单层PtSe2电子结构和磁性的影响。计算结果显示Pt-X的键长随X原子半径的增大而增大。除了第三近邻N掺杂系统是直接带隙半导体外,其他掺杂体系都是间接带隙半导体材料。所有掺杂的体系均保持半导体性质,这说明在6.25%的掺杂浓度下X原子的引入没有改变单层PtSe2的半导体特性。（4）对于不同的非金属原子与过渡金属原子共掺杂的情况,我们仅分析了总能量最低的体系:第一近邻Mn-N、第二近邻Mn-P和第三近邻Mn-As共掺杂。计算结果表示Mn-N共掺杂体系的总磁矩比第一近邻N掺杂磁矩小。然而Mn-P共掺杂体系的总磁矩大于第二近邻P掺杂体系的磁矩。这两种体系中源自Mn原子的磁矩分别是1.544μB和1.655μB。对于Mn-As共掺杂体系中Mn原子的引入不仅诱导了磁矩,还使As掺杂体系从非磁性半导体转变成磁性金属。而且在Mn-As共掺杂中Mn原子提供的磁矩是2.367μB。我们发现Mn-N和Mn-P共掺杂体系依然是磁性半导体材料,而Mn-As掺杂的体系从半导体转变为磁性金属。
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