三角形石墨烯纳米片电子和磁学性质的尺寸效应

来源 :低温物理学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiachl141
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
基于密度泛函理论,本文研究了氢钝化锯齿形边缘三角形石墨烯纳米片的电子结构和磁学性质,这种石墨烯纳米结构的基态表现出强烈的磁性边缘态和量子尺寸效应.我们应用多种交换关联泛函,对体系的自旋密度和电子结构进行了第一性原理计算和理论分析,结果表明三角形石墨烯纳米片的总磁矩和自旋随尺寸线性变化,平均磁矩随着尺寸变大而增加,并逐渐趋于一个定值.与此同时,体系的能隙随着尺寸增加而减小,其中自旋不变能隙的调控对光学响应和光子激发有着重要意义.计算得到的单电子能谱表明,费米能级的简并度与体系尺寸成正比.应用多种交换关联泛函的计算结果表明,三角形石墨烯纳米片具有可调控的自旋和能隙,为其在纳米级光电器件和磁性半导体的应用方面提供了理论依据.“,”We employ density functional theory (DFT) to investigate the electronic and magnetic properties of hydrogen passivated equilateral triangular graphene nanoflake (GNF).It is predicted that the ground state of such graphene nanostructure exhibits robust magnetic edge states and strong quantum confinement effects.Our DFT calculations based on different exchange-correlation functionals demonstrate that the electronic energy gap and local magnetic moment of GNFs depend sensitively on the GNF size.This is attributed to the different numbers of atoms in the two sublattices of graphene since the spins on the same and different sublattices couple ferromagnetically and antiferromagnetically,respectively.The total net magnetic moment scales linearly with the size of nanoflakes,while the average magnetic moment localized at edges increases and saturates to a constant value for larger sizes.We show that the spin-flipped and spin-preserving energy gaps near Fermi level decrease as the size of GNFs increases.The degeneracies near Fermi energy are proportional to the length of edge in these triangular zigzag-edged GNFs as well.The electronic and magnetic properties of GNFs thus open new avenues for utilizing triangular graphene in nanoscale magnetic semiconductor and optoelectronic devices.
其他文献
为实现高精度航天设备时序信号的地面检测,设计了一套基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的专用地面检测系统,时间数字转换电路(TDC)是该系统的关键部件.该电路采用数字内插技术,使用高频时钟直接计数进行“粗”测保证检测系统量程,再利用待测信号跳变沿锁存移相时钟电平状态进行“细”测提高测量精度.分析了测量误差来源并提出了相应解决办法.实验结果表明,该电路测量分辨率满足0.2 ns设计值,重复性引起的测量不确定度小于0.1 ns.
在没有外加磁场的作用下就能表现出量子化霍尔电导的量子反常霍尔效应已经成为霍尔家族中的重要一员,其物理起源是体能带反转结构和铁磁性相互作用.量子反常霍尔效应最重要的表现是在边缘态处具有无耗散运动的手性电流,这种性质拥有可以改变未来量子电子学的潜力,极大推动器件小型化、低损耗、高速率发展.近年来,基于理论指导,人们在实验上已多次观察到量子反常霍尔效应.在本文中,从实验层面上重点回顾了量子反常霍尔效应在铬(Cr)、钒(V)掺杂的(Bi,Sb)2Te3体系的研究进展,以及目前量子反常霍尔效应在其它体系中的研究现状
为避免导体部分失超造成交流损耗增加并产生温升,对电缆造成不可恢复的损伤,高温超导电缆设计中的一个关键目标是实现导体层电流均匀分布.本文探讨了高温超导电缆设计流程,并对其进行了软件实现.基于此软件,给出了一套单相10 kV/2.5 kA冷绝缘高温超导电缆的设计方案,在COMSOL仿真软件中建立了超导电缆2D热分析有限元模型,并进行了仿真验证.仿真结果表明,该软件具有良好的性能与精确度.
RF-SQUID的物理模型是一个二阶非线性系统,针对该模型的理论计算一般只能依靠数值解,这就极大程度上依赖计算机的算力来进行模型搭建以及数值运算.本文基于Simulink仿真软件,对约瑟夫森结以及射频超导量子干涉器(Radio-Frequency Superconducting Quantum Interference Device,RF-SQUID)探头进行了模拟仿真,给出了模块化的Simulink仿真模型,并且根据模型中的各参数搭建了真实的物理实验模型,最终的仿真结果和实验结果相一致,可为制备RF-S
大面积薄层二维材料的可控制备是材料物理研究领域的热点和难点之一.本工作采用助熔盐辅助的化学气相沉积方法在云母衬底上可控制备了大面积二硫化铌薄层,最大尺寸达到115微米.通过拉曼光谱、电子显微表征技术进一步确认了化学气相沉积法制备出的二硫化铌为3R相,具有很好的单晶性.本工作基于化学气相沉积方法为可控制备二维过渡金属硫化物提供了参考.
文章采用共耦合谐振单元结构设计制作了一款高温超导五工器,五工器五个信道的工作频率分别为807.5 MHz、810.5 MHz、813.5 MHz、816.5 MHz、819.5 MHz,每信道通带宽度均为1 MHz.滤波器电路用镝钡铜氧(DyBCO)双面超导薄膜制作,衬底为3英寸0.5 mm厚度的氧化镁(MgO)基片.文章给出了高温超导五工器的等效电路、理论曲线、耦合参数、Sonnet软件全波电磁场模拟仿真和实际测试曲线,取得较为理想的结果.
具有钙钛矿结构的钌氧化物是一种典型的电子关联体系,对其化学掺杂后将表现出丰富的新奇磁学性质,我们采用传统的固相反应法制备了钙钛矿型CaRu0.5Ti0.5O3块材(CRTO).相比于母体材料CaRuO3的顺磁性,CRTO表现出截然不同的铁磁-顺磁转变,居里温度为45 K.根据对CRTO的晶体结构分析,我们发现Ti元素的掺杂会导致氧八面体旋转畸变的减弱,可能导致Ru离子之间的交换作用变强.我们同时还进行了场冷-零场冷条件下的磁矩-温度测量和交流磁化率测量,发现该体系出现了类自旋玻璃态.
采用第一性原理密度泛函理论研究了六角层状晶体WSe2的电子结构和各向异性光学性质.结果 表明:WSe2为间接带隙半导体,带隙值为1.44 eV,略小于实验值(1.51 eV);价带和导带均主要由W-Sd和Se-4p电子构成,在价带顶(0~2eV)及导带底(1.5~3.5 eV),W-5d和Se-4p电子杂化明显,形成共价键.介电函数的虚部和实部均表现出明显的各向异性,εi(xx)有一个明显的介电吸收峰,而εi(zz)却有两个明显的介电吸收峰;WSe2晶体对zz光的低频透明区的能量范围几乎是xx光的2倍,应
超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device,简称SQUID)是一种高灵敏度的矢量磁探测器.本文采用低温超导SQUID作为传感器,搭建了一套三轴矢量磁场稳定装置.该系统由两个三轴SQUID磁强计模块、比例积分微分(PID)控制器和反馈线圈组组成.在该系统的矢量稳场下,磁场波动峰峰值在有效带宽内可以降低四个数量级,可达pT量级,稳场效果显著.此技术可以满足大部分需要稳定磁场,如高灵敏度磁传感器的标定等应用场合.
基于YBa2Cu3O7-δ (YBCO)台阶边沿型约瑟夫森结(台阶结)的高温超导量子干涉器(Superconducting Quantum Interference Device,简称SQUID)在微弱磁场测量等领域具有重要应用价值.制备YBCO台阶结及SQUID的常用单晶衬底包括LaAlO3 (LAO)、SrTiO3 (STO)及MgO等.(La0.3,Sr0.7)(Al0.65,Ta0.35)O3 (LSAT)没有孪晶现象、与YBCO的晶格失配度很小(仅为0.4%),有潜力成为制备YBCO台阶结及相应