單層氮化硼類石墨烯結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)和磁性的第一性原理研究.pdf

1、納米材料石墨烯(graphene)，由于它們特殊的電子性質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu)，自從2004年Geim等人發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定存在的單層石墨烯結(jié)構(gòu)以來，這種新材料便受到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。石墨烯以及石墨烯的衍生物(石墨烷、石墨酮和石墨烯納米帶)在實驗和理論上引起了科學家的極大興趣。研究顯示，石墨烯在材料領(lǐng)域中將有著廣泛的應(yīng)用。在元素周期表中氮元素和硼元素與碳元素相鄰，有著與碳元素接近的電子結(jié)構(gòu)，所以它們形成的化合物具有與石墨烯類似的結(jié)構(gòu)。于是，研究單層氮

2、化硼的熱潮隨之而來。
　　 類比于石墨烯和石墨烯納米帶的研究，本文以單層氮化硼為基本構(gòu)型，在密度泛函理論(DFT)框架下，對單層氮化硼在硼位置吸附不同原子的情況下的晶體結(jié)構(gòu)、電子和磁性質(zhì)進行了計算和分析，從而為實驗工作者提供理論依據(jù)。
　　 首先我們介紹了研究背景，然后回顧了第一性原理方法的發(fā)展歷程及當前取得的進展。最后采用以密度泛函理論為基礎(chǔ)的廣義梯度近似方法計算了用官能團修飾的單層氮化硼的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子和磁性質(zhì)。結(jié)

3、果表明，進行了化學修飾的單層氮化硼的結(jié)構(gòu)較之純的氮化硼略有變化，晶格常數(shù)各不相同。純的氮化硼是具有4.91eV帶寬的半導體，通過官能團的引入，氮化硼的電子性質(zhì)發(fā)生了變化。在鋸齒型的修飾中，B位吸附F或者OH時，體系由半導體變成了半金屬，也就是說，其中自旋向上能帶的費米能級恰好落在價帶和導帶的能隙中，顯示出絕緣體的性質(zhì)，而自旋向下的能帶跨過費米面呈金屬性；B位吸附H時，情況變得有所不同，體系仍然是半導體，但顯示出了自旋極化的現(xiàn)象，自旋向上