掺杂过渡金属对硅烯磁学性能的影响

摘要硅烯是一种蜂窝状二维纳米材料，具有独特的电子性质，能够通过吸附，掺杂等原子层面的修饰手段对其电子结构进行设计和改性。本论文通过利用Materials Studio和VASP计算软件对不同种类的过渡金属吸附在硅烯表面的几何结构、电子结构以及扩散性质进行系统地研究，同时简要地说明了一些关于硅烯理论预测的性质和应用。硅烯对金属原子的吸附能随着金属原子半径的增大而先减小后增大，具有单空穴缺陷的硅烯的对称性遭到破坏，能带结构中的狄拉克点完全消失。本文通过计算分析系统地描述了硅烯掺杂不同种类的过渡金属后其能带结构，电子结构，磁矩以及能量的变化。对硅烯表面吸附过渡金属的磁性变化进行的系统研究。87849

毕业论文关键词：硅烯过渡金属磁性能

毕业设计说明书外文摘要

Title Effect of doping transition metals on the magnetic properties of silicene

Abstract Silicene is a kind of two-dimensional nanomaterial with honeycomb shape have unique electronic properties, which can be modified by absorb or doping impurity atoms on the atomic level for the design and modification of the electronic structure。 This paper uses Materials Studio and VASP Studio calculation software to systematically research the geometric and electronic structure of silicene when different species of transition metal atoms adsorbed on the surface of silicene。 Meanwhile, it has a brief description of the theory about prediction of properties and applications of silicene。 The adsorption energy of silicene to transition metal atoms first decreases and then increases with the increase of the radius of the metal atoms。 The symmetry of silicene which has single hole defect is destroyed, and the Dirac point in the band structure has completely disappeared。 This paper systematically describes the difference of the band structure, electronic structure, magnetic moment and energy change of silicene through careful calculation and analysis of transition metal atoms doped in silicene。

Keywords Silicene Transition metals Magnetic properties

1 绪论1

1。1 过渡金属掺杂硅烯材料的研究1

1。1。1 研究的意义1源-于,优Y尔E论W文.网wwW.yOueRw.com 原文+QQ752018`766

1。1。2 硅烯研究的现状2

1。2 硅烯的基本结构和性质2

1。3 硅烯制备合成方法3

1。3。1 硅烯在Ag(111)衬底表面的合成方法。3

1。3。2 硅烯在二硼化锆（ZrB2）衬底表面的合成方法4

1。4 硅烯与石墨烯的研究对比4

1。5 磁相互作用机制5

1。6 掺杂磁性原子对硅烯电磁性能的重要作用5

1。7 研究方法6

1。8 本论文的主要工作6

2 掺杂过渡金属对硅烯电磁性能的影响7

2。1 介绍7

2。2。计算方法。8

2。3 结果与讨论。8

2。3。1 结构与能量。8

2。3。2 磁矩的变化11

2。3。3 能带结构…12

2。3。4 Ni@silicene体系的电磁性能。13

结论17

致谢18

参考文献19

1 绪论

1。1 过渡金属掺杂硅烯材料的研究

1。1。1 研究的意义From+优`尔^文W网wWw.YouErw.com 加QQ75201^8766

电子同时具体电荷和自旋两个自由度，它们成为物质世界各种各样的物理和化学性质的根源。我们知道，电子在电场下的迁移导致了电导，而电子自旋的空间有序排列则产生了磁性。应用电子电荷内禀自由度开创了所谓的微电子时代。由于传统的以硅为基础的材料电子器件已经到达了纳米尺度的极限，很难再得到突破。因此随着摩尔定律失去作用，同时为了增强器件的多功能性，人们就将目光转向利用电子自旋自由度。将电子的自旋植入电子器件进行信息处理的方法就是自旋电子学。自旋电子学器件相对于传统的微电子学具有一些潜在的优势，比如可以加速数据的处理，降低能耗，最重要的是它具有更高的集成度。因此，磁性材料可用于制造高密度非易失性储存器、磁感应器、集成电路、光隔离器、半导体激光器、量子计算机、自旋电子器件等。一般情况下半导体材料的磁性，可以通过掺杂的方式获得，也可以利用纳米材料所具有的独特性质来获得[11]。摩尔定律的即将失效，以及单层纳米材料时代的到来，无不揭示了电子元器件的小巧、轻薄、可弯曲易折叠等多功能化的趋势，并且，我们相信纳米电子器件会逐渐取代以往的微电子元器件。在2004年，英国的曼彻斯特大学Geim等人将胶带粘在一块石墨上，然后一层一层撕下来的机械制备方法，第一次制备得到单层石墨烯（graphene）[26]。石墨烯的成功制备不但打破了传统的观念，同时也掀起了石墨烯材料的研究热潮。石墨烯的结构为由六边形晶格构成的理想单原子层二维晶体结构，正是这种特殊的晶体结构使得石墨烯材料具有独特的电学、力学、热学性能。目前，人们已经将石墨烯应用于超级电容器、锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、传感器、储氢材料、药物载体、以及光学材料等方面，可以看出石墨烯材料具有广阔的市场应用前景[8]。石墨烯材料的研究已经进入飞速发展的阶段，石墨烯已经成为一种新兴材料。石墨烯的出现可以让电子器件变得更小更快，这是大势所趋[10]。然而，零带隙问题是石墨烯取代硅制作大规模集成电路的一个突出问题，导致石墨烯制备的场效应晶体管及时在最佳关闭状态其内电子仍有泄漏，极大地制约了石墨烯在集成电路中的应用。为解决这一问题，诸多研究工作都致力于调节石墨烯能带结构，力图打开其带隙从而调节晶体管的开关比。尽管这些方法可以在石墨烯中开辟出带隙，但一方面增加了共一复杂性，另一方面距离实用性还有相当大的距离，而且在产生禁带的同时也大幅度降低了石墨烯的本征性能。截至目前，二维石墨烯可能无法在数字计算领域起到取代硅。由于硅和碳都是第四主族元素，它们都拥有四个价电子，这两种元素具有相似的物理和化学特性，由于硅具有sp2杂化的可能性，若能制备出单层硅片，即我们所称之为的硅烯（silicene），因为它具有二维结构，可以在原子水平上工作，那么这为将来硅烯在纳米电子器件上的广泛应用提供了理论基础。正是这种可能性的存在，在2007年，美国莱特州立大学的Lew Yan Voon在硕士期间发表的论文中使用了硅烯（silicene）这个词汇，单层硅的具体概念得以提出。在他的文中指出硅烯能够稳定地产生临界开关功能，这是制作二极管的基础，同时也是计算机制造产业的基石，由于石墨烯很难获得这种特性，因此很难用石墨烯制备实用的晶体二极管[9]。如果在单层硅烯中掺杂过渡金属原子，使之具有磁性，那么将是目前最小的二维磁性单元。论文网掺杂过渡金属对硅烯磁学性能的影响:http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_147869.html