過渡金屬原子吸附與摻雜單層黑磷的磁性研究.pdf

1、新型二維材料單層黑磷因其獨特的物理和化學特性，受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關注。單層黑磷為直接帶隙半導體，其載流子遷移率略低于石墨烯但遠遠高于過渡金屬硫化物。它在新型光電器件、自旋電子器件、光電設備、太陽能電池、生物醫(yī)學等諸多領域具有廣泛的應用前景。
　　為更好地促進二維材料在自旋電子學方面的應用，需要對二維材料的電子結構和磁性進行調制，其中比較有效的調制方法就是吸附或摻雜過渡金屬元素。同時，雙軸應變也能夠調控系統(tǒng)的電子結構和磁性。本

2、文采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計算方法，以3×4單層黑磷超級原胞為研究對象，系統(tǒng)探究和分析了3d過渡金屬吸附與摻雜單層黑磷的電子結構和磁性行為，研究結果如下:
　　(1)對過渡金屬在單層黑磷上吸附的研究發(fā)現(xiàn)，過渡金屬原子最穩(wěn)定的吸附位置均在單層黑磷的中空位。除了Ni原子吸附外，其他原子吸附黑磷的體系均有磁性，磁性是由過渡金屬原子的3d軌道的交換劈裂引起的。吸附原子的種類不同導致吸附體系呈現(xiàn)出不同的性質:非磁性半導體、

3、稀磁半導體和半金屬。這些結果表明黑磷是制造電子自旋器件的理想材料。
　　(2)對過渡金屬替位摻雜單層黑磷的研究發(fā)現(xiàn)，除了Sc和Co原子的摻雜體系沒有磁性，其它原子的摻雜體系均有磁性，且磁矩大小由摻雜原子的種類決定。通過對態(tài)密度圖和自旋電荷密度圖的分析，得到磁性主要由雜質原子3d軌道的貢獻。這些研究結果為自旋電子器件的制備及相關實驗研究提供了一定的理論參考。
　　(3)對應變調控摻雜體系磁性的研究表明，應變可有效調控Fe-BP