β12硼納米帶磁性的第一性原理計算.pdf

1、最近，單原子厚度硼烯由于其獨(dú)特的性能，激起了二維材料研究者的極大興趣。本文主要采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，研究了單層β12硼烯直線型納米帶的磁性以及電子結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)對不同寬度納米帶進(jìn)行分析，大部分納米帶呈現(xiàn)出金屬性。若使用不同的原子對納米帶進(jìn)行鈍化，可以對納米帶磁性的大小進(jìn)行調(diào)控，解釋了磁性產(chǎn)生以及發(fā)生改變的原因。通過對硼烯納米帶的研究，能夠更進(jìn)一步地認(rèn)識硼原子及其組成的納米材料的性質(zhì)。
　　本論文主要包含如下內(nèi)容

2、：
　　第一章中，簡單介紹了硼原子形成的納米材料的種類、應(yīng)用、力學(xué)性質(zhì)以及光電效應(yīng)。硼原子形成的納米材料的種類主要有零維的硼富勒烯結(jié)構(gòu)、一維的硼納米管、準(zhǔn)一維的納米帶以及二維的硼納米面。其應(yīng)用主要是儲氫性能。與此同時，對硼納米材料的力學(xué)性質(zhì)光電效應(yīng)也進(jìn)行了概述。對于研究的方向進(jìn)行了簡單的說明，對于硼烯納米帶做出了初步的探究，以期望得到不同于硼納米面的物理性質(zhì)。
　　第二章，首先簡單介紹了基于密度泛函理論的第一性原理研究方法，

3、并對VASP(Vienna ab-initio simulation package)軟件進(jìn)行了簡單的分析。然后介紹了計算時需要用到的其他相關(guān)軟件。通過這章讓人們對于密度泛函理論有了初步的了解。
　　第三章，二維硼平面在實驗室上的成功合成，激勵著我們對于這種新的材料進(jìn)行探索。人們對于硼納米材料做了很多的研究工作，探索了硼材料的性質(zhì)。我們通過對β12硼平面進(jìn)行了切割，得到不同寬度的直線型納米帶，在這里，我們首先對納米帶的磁性進(jìn)行了簡

4、單的討論，發(fā)現(xiàn)不同寬度的納米帶的磁性不同，并存在最大值，隨著納米帶寬增加，納米帶的磁性逐漸的減小直至消失。接著對納米帶中每個硼原子的能量進(jìn)行了計算，發(fā)現(xiàn)隨著納米帶寬度的增大，能量越來越小，納米帶越來越穩(wěn)定。接著，對不同寬度的納米帶的能帶進(jìn)行了計算，從能帶圖上可以發(fā)現(xiàn)，β12硼納米面的直線型納米帶均表現(xiàn)為金屬性。然后對不同寬度的納米帶的自旋電荷密度進(jìn)行了計算分析，結(jié)果表明，不同寬度的納米帶的邊緣硼原子間的成鍵方式有所差異，納米帶的磁性主要

5、集中在六角晶格的邊界硼原子上，而在中心原子上面沒有磁性的分布。最后從宏觀和微觀上分別對納米帶的性質(zhì)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)納米帶的磁性主要來源于納米帶的邊界效應(yīng)，即硼納米帶邊緣的懸掛鍵，導(dǎo)致磁性的產(chǎn)生。
　　第四章，為了對納米帶的磁性進(jìn)行調(diào)控，我們使用不同的原子對納米帶邊緣硼原子的懸掛鍵進(jìn)行鈍化。當(dāng)使用一個氫原子對硼納米帶進(jìn)行鈍化，通過對其磁性的計算發(fā)現(xiàn)納米帶的磁性有所降低，并且隨著納米帶寬度增加，納米帶的磁性消失。能帶結(jié)構(gòu)的分析表明，使

6、用一個氫原子進(jìn)行鈍化的納米帶均呈現(xiàn)出金屬性。不同寬度納米帶的自旋電荷密度的分析顯示，納米帶上邊緣的硼—硼鍵之間均以σ鍵連接。而如果使用兩個氫原子對納米帶的邊緣進(jìn)行鈍化，納米帶的磁性消失。不同寬度納米帶的能帶分析結(jié)果表明：大部分納米帶主要呈現(xiàn)金屬性；但是當(dāng)納米帶的寬度為n=2的時候，納米帶呈現(xiàn)半導(dǎo)體性質(zhì)。如果采用碳、氧原子對納米帶進(jìn)行鈍化，發(fā)現(xiàn)納米帶不具有磁性。能帶結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果表明，經(jīng)碳、氧鈍化的納米帶均呈現(xiàn)金屬性。通過使用不同原子(氫

7、、碳、氧)對硼納米帶進(jìn)行鈍化，發(fā)現(xiàn)氫原子可以對納米帶的磁性進(jìn)行調(diào)控，改變納米帶的物理性質(zhì)。
　　第五章，對論文進(jìn)行了總結(jié)和展望。我們發(fā)現(xiàn)納米帶的磁性來源主要是由于納米帶的邊界效應(yīng)，納米帶的邊緣的硼原子存在懸掛鍵。氫原子對納米帶的鈍化可以調(diào)控其磁性，改變納米帶的物理性質(zhì)，在一定寬度下可以使得納米帶由金屬性轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體性。氫原子對于硼納米帶磁性的調(diào)控效應(yīng)，為未來二維硼納米帶在自旋電子器件上的應(yīng)用提供了選擇機(jī)會，對硼納米帶的研究有一定的