功能化氮化硼纳米管磁性的理论研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:qf125228
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近年来,由非金属轻元素构成的材料在纳米尺度下表现出来的铁磁现象引起了人们的广泛关注。若要追究这些d0元素材料的磁性成因却又是十分复杂,不同于以往材料的磁化行为,研究表明非金属原子掺杂和吸附也能使这些材料诱发磁性。因此我们利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对氟化作用诱导类石墨型氮化硼单原子层(gBNs)的磁性及非金属原子吸附在氮化硼单壁纳米管(SWNTs)上诱导的自发磁化进行了研究,并得到了如下创新性结论:1、单个F原子倾向于吸附在gBNs的B位,且能诱导自发磁化。两个F原子吸附在B位时也可以使体系发生自发磁化,而在邻近的B、N位上的共吸附则没有磁性。一个F原子吸附在反位缺陷处也能使体系产生自发磁化。空位缺陷也能诱导体系的自发磁化,但依赖于F原子的含量。2、单个H原子/F原子倾向于吸附在B位,且均能够诱导自发磁化。两个H原子/F原子吸附在B位上时也可以使体系发生自发磁化,而具有磁性的氢化BN纳米管是一种亚稳结构。与此相反,具有磁性的氟化BN纳米管是稳定结构,其磁矩随着覆盖率的增加而增大,其电子学性质与氟原子在BN纳米管表面的覆盖结构有关。缺陷也能诱导体系的自发磁化,但依赖于H原子/F原子的含量。3、F2分子吸附在BN纳米管的N原子上方是最稳定的物理吸附构型,吸附能为-0.395eV,尽管在带隙中引入一条未占据的局域杂质态,但没有出现自发磁化现象。在化学吸附的构型中,两个F原子吸附在两个六元环内两个相间B原子上的构型最稳定,单个F原子的吸附能为-2.7181eV,诱导体系自旋极化,磁矩为1.0μB。
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