新型二维材料及其物性的第一性原理计算研究

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在过去的二十年间,二维材料在凝聚态物理的研究中占据了非常重要的地位。作为第一个在实验上成功制备的二维材料,石墨烯独特的电子特性使其成为了凝聚态物理和材料领域的研究焦点。在石墨烯之后,许多新型的二维材料都在实验上成功合成,诸如Mxene,Mo S2,黑磷,BN,以及众多的过渡金属硫化物等等。在这些材料之中,人们发现了许多优良的物理特性,比如二维拓扑,二维磁性,二维铁电等等,再加上二维材料本身尺寸非常小的特点,使得这些新奇的二维材料在下一代电子器件和存储领域引发了人们的广泛关注。在本文中,我们首先在绪论部分介绍了二维材料的研究背景,然后再详细地介绍了磁性二维材料。最后介绍了Kagome晶格及能带特征,以及Kagome二维材料的研究进展。在第二章,我们介绍了密度泛函理论和斯通纳磁性理论。第三章我们讨论了一种磁性二维材料VSe2的磁性机理。通过第一性原理计算,我们认为单层的1T-VSe2中的磁性起源于被限制效应加强的斯通纳不稳定性,并且VSe2的磁性可以被层间的耦合相互作用所调控。同时,我们的计算也表明,斯通纳不稳定性对层间距是非常敏感的,这些结果为1T-VSe2随着层厚的减少发生一个非磁性到铁磁性的转变提供了合理的解释,也为通过增大层间距来提高多层VSe2的居里温度提供了思路。第四章,我们从理论上预言了三种新型的Kagome二维材料Pd3P2Se8,Pd3As2S8,Pd3Sb2S8。我们先建立三种材料的结构,从声子谱以及晶体结构上认为Pd3P2Se8,Pd3As2S8是能稳定存在的,然后我们计算了材料的解离能,结果认为这些材料可以很好剥离形成二维层状材料。接着我们的电子结构分析发现了这些材料不管是体态还是二维情况下都具有显著的Kagome能带特征。最后我们对能隙以及光吸收系数的计算发现,这类材料具有做光电器和太阳能电池的潜质。
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