论文部分内容阅读
随着石墨烯的问世,其独特的电子特性,使研究者认为它极有可能会在下一代电子器件中得到应用。鉴于石墨烯优良的性质,具有石墨烯结构类似的其它二维材料也受到研究者的关注。在本论文中,我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对磁性超卤素掺杂的二维单层BN、单层ZnO、以及Gr/ZnO范德瓦尔斯异质结的电子和磁学性质进行了细致的研究。主要内容如下:首先,在论文的第一章中,我们介绍了石墨烯的优良性质,指出了它的不足之处,并简述了类石墨烯的研究的近况。在前人的基础之上,我们提出了自己的研究观点:通过掺杂过渡金属氧化物,来获得形成能更低,磁性稳定的二维材料。其次,在论文的第二章中,我们详细介绍了我们在研究中用到的软件的理论基础-第一性原理密度泛函的理论。接下来,在文章的第三章,详细介绍了我在研究生期间做的主要工作,及工作的意义。具体为:(1)研究了过渡金属(Mn,Fe,Co,Cr,Ni,Ti,V)原子和过渡金属氧化物超卤团族(MnO3(4),FeO3(4),CoO3(4),CrO3(4),NiO3(4),TiO3(4),VO3(4))掺杂的BN的结构稳定性、电子结构、磁耦合特性.通过形成能和结合能的计算研究各种掺杂体系的热力学稳定性和结构稳定性;通过态密度、能带结构、差分电荷密度、以及自旋电荷密度的计算结果研究各种掺杂体系的电子结构和磁耦合特性。(2)研究了过渡金属氧化物团簇掺杂的ZnO单层二维体系的结构稳定性,电子结构和磁耦合特性。(3)研究了 Gr/ZnO-Mn03(4)范德瓦尔斯异质结的电子结构,通过改变层间距和杂浓度调控石墨烯层的自旋注入特性,研究在不改变石墨烯中电子优异性质的前提下引入自旋极化和打开一定的能带隙的可能性。最后,经过一系列的研究,我们得到这样的重要结论:(1)相比单纯的过渡金属原子掺杂体系,超卤素团簇掺杂具有更低的形成能,更高结合能等特性,并使被掺杂的材料获得稳定的磁性。(2)以掺杂MnO3(4)团簇的二维ZnO为磁性衬底,不仅石墨烯层能够打开带隙和导入磁性,而且石墨烯优良的性质基本不受影响,并引起石墨烯层的N型掺杂。通过我们进一步的研究,我们发现当改变Gr/ZnO-MnO3(4)的层间距时,石墨烯层的带隙和磁性都相应增大。