过渡金属掺杂和插层对二维材料性能调控的第一性原理研究.docx

《过渡金属掺杂和插层对二维材料性能调控的第一性原理研究.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、过渡金属掺杂和插层对二维材料性能调控的第一性原理研究通常情况下二维材料的物理或化学性质未能满足未来纳米电子器件材料的所有要求。过渡金属掺杂能够有效的调控二维材料的电子结构并引入磁性,从而为二维材料在自旋电子器件和磁存储方面的应用提供材料基础。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了过渡金属掺杂磷烯、硫化铊对材料电子结构和磁性的调控,以及过渡金属插层对磷烯和硫化铊异质结电子结构和磁性的调控。这为他们在自旋电子器件相关领域的应用提供了理论基础。本文的研究主要可分为以下三个方面:1)研究了4d过渡金属取代掺杂和吸附掺杂对磷烯电子性质与磁性

2、的调控。结果表明在单个4d过渡金属掺杂的体系中,磁矩随着4d金属价电子的改变而变化。同时4d过渡金属的掺杂改变了磷烯的电子结构,使体系表现为半金属、金属和半导体性质。当用两个不同种类的过渡金属掺杂时体系容易表现出稀磁半导体性质,磁矩局域的分布在过渡金属附近,近邻的磷原子有少部分磁矩。2)研究了3d和4d过渡金属对单层硫化铊电子结构和磁性的调控。无论是低掺杂浓度还是高掺杂浓度,所有过渡金属原子都向Tl₂S转移电荷,表现出n型掺杂。过渡金属的掺杂对硫化铊的电子结构和磁性都有显著的调控作用。过渡金属的掺杂使Tl_2<

3、/sub>S表现出金属、半金属、半导体等性质。此外在两个同种原子掺杂使Tl₂S展现出不同的磁耦合如:顺磁性、铁磁和反铁磁。3)研究了磷烯/硫化铊（BP/Tl₂S）异质结和具有过渡金属插层的BP/Tl₂S异质结的电子结构和磁性。结果表明BP/Tl₂S是Ⅰ类型的范德瓦尔斯异质结,间接带隙为0.79eV。利用张力,可以调控能带从间接到直接、半导体到金属的转变。过渡金属插层可以使体系表现为金属、半金属、半导体等性质。部分体系表现出稀磁半导体性质。这些结果为BP/

4、Tl₂S异质结在未来的自旋电子器件中的应用开辟新的道路。