新型磁性材料的第一性原理計(jì)算與設(shè)計(jì)研究.pdf

1、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文新型磁性材料的第一性原理計(jì)算與設(shè)計(jì)研究姓名：闞二軍申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：化學(xué)物理指導(dǎo)教師：楊金龍20080501摘要發(fā)現(xiàn)當(dāng)納米帶的寬度小于2 ．1n m 的時(shí)候，這樣的雜化結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生半金屬。而z i g z a g 的石墨烯納米帶因?yàn)槠溥吔鐟B(tài)的存在，導(dǎo)致自身自旋極化的產(chǎn)生，更是我們關(guān)注的重點(diǎn)。基于密度泛函的理論研究，我們證實(shí)可以通過(guò)施加高的橫向電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)把z i g z a g 石墨烯納米帶轉(zhuǎn)化成半金屬

2、。但是因?yàn)槠潆妶?chǎng)強(qiáng)度太高，實(shí)現(xiàn)成本高。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種基于化學(xué)合成的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)此類材料的半金屬性。第一種方法是通過(guò)邊界修飾的方法，我們通過(guò)在z i g z a g 石墨烯納米帶兩端修飾不同的化學(xué)基團(tuán)，N 0 2 和C H 3 ，可以得到我們需要的半金屬性。同時(shí)，通過(guò)降低化學(xué)基團(tuán)的濃度，可以讓材料變得非常穩(wěn)定，使化學(xué)合成變成可能。其次，我們預(yù)言了在石墨烯納米帶里面摻雜一條B N 鏈，也可以實(shí)現(xiàn)半金屬材料的產(chǎn)生。分子動(dòng)力學(xué)的模擬顯示此類材

3、料在室溫下是穩(wěn)定的。第四章分析了兩種稀磁半導(dǎo)體材料的電子結(jié)構(gòu)。我們首先討論了C o 原子摻雜的z n O 的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)。研究顯示c o 原子對(duì)傾向于近鄰分布，磁性原子之間的磁耦合是反鐵磁的。通過(guò)摻雜電子，可以顯著改變稀磁半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)。當(dāng)摻雜的電子濃度為每個(gè)C o 原子1 個(gè)電子的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)，材料會(huì)從半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成為金屬，同時(shí)C o 原子之間的磁性耦合會(huì)變成鐵磁性。為了研究z n 0 這類半導(dǎo)體材料表面對(duì)磁性摻雜的影響

4、，我們研究了C u 摻雜的Z n O 表面。理論研究的結(jié)果表明，不同的表面對(duì)于磁性的調(diào)制和摻雜原子的布居有非常大的影響。實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的不同磁性的部分根源很有可能是不同表面調(diào)制的結(jié)果。第五章探討了實(shí)驗(yàn)上合成的，具有類似高溫超導(dǎo)材料L a 2 C u O 。結(jié)構(gòu)的C s 2 A g F 4 。實(shí)驗(yàn)顯示C s 2 A g F 4 具有二維A g F 層。一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就是C s 2 A g F 4 表現(xiàn)出與L a 2 C u 0 4 不同的