非金属原子钝化ZBNNRs的磁性和电子性质的第一性原理研究

论文摘要

过去的十几年间,尽管锯齿型氮化硼纳米带（ZBNNRs）材料本身具有很多独特的性能,但是也有很多不足的地方需要弥补。在之后的研究中,科学家们尝试了很多方法旨在优化和改良它的性能。边缘钝化通常是最常用的方法之一,边缘钝化的原子种类多种多样,包括金属原子,过渡金属原子以及非金属原子,甚至还有原子团。原子和原子团类别的多样性也决定了结果的丰富性,使以单一的BNNR为基底的结构建造具备多功能性的纳米器件蕴含了巨大潜力。在本文中,我们将注意力放在选用非金属原子对ZBNNRs边缘进行钝化的原因是:关于这方面的研究本身就比较稀缺,同时不同的钝化方式也在影响体系ZBNNRs的相关性能。所以,本论文采取基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理的方法,研究了使用不同的非金属原子H、O、S、F与P在采取不同的钝化方式的情况下,钝化ZBNNRs的两边缘,同时探讨体系ZBNNRs在使用非金属原子钝化后的电子特性和磁特性。主要的结论如下:（1）首先研究的是采用边缘修饰的方法,对ZBNNRs的磁性和电子性质进行了修正,它是通过对ZBNNRs的边缘使用非金属（NM）原子H、O、S、F和P进行钝化来实现的。采取的钝化方式可以简写为XN+N-ZBNNR-B+BH,在这种钝化方式下有五种不同情况,其中X=H,O,S,F和P原子。计算结果表明,仅对于X=P的情况,体系XN+N-ZBNNR-B+BH显示的是半金属特征,然而其他情况则表现出金属性质。体系XN+N-ZBNNR-B+BH（X=H、O、S和F）的金属特性是由于钝化原子和边缘原子在位于费米能级处的总态密度有贡献。体系XN+N-ZBNNR-B+BH（X=H、O、S、F和 P）均为磁性材料。此外,体系PN+N-ZBNNR-B+BH的半金属特性决定了它是一种新颖的纳米结构的材料,是自旋电子学应用的理想的候选者。（2）接下来研究的内容是使用非金属（NM）原子采取非对称边缘钝化的方式对ZBNNRs的磁特性和电子特性进行了修正。这次采取的钝化方式是XN-ZBNNR-BY,对于体系 XN-ZBNNR-BY（X,Y=O,S,F 或 P）的 12 个可能的情况可分为四种类型:体系 PN-ZBNNR-BY（Y=O,S 或 F）,体系 SN-ZBNNR-BY（Y=F,O或 P）,体系 ON-ZBNNR-BY（Y=F,S 或 P）和体系 FN-ZBNNR-BY（Y=O,P 或 S）。结果表明,体系XN-ZBNNR-BY分成的4类情况都显示的是金属特性,金属特性主要源于钝化原子O、S和P的4、4和3的P电子的贡献,但是只有ON-ZBNNR-BY（Y=F,S 或 P）系统显示磁特性。此外,ON-ZBNNR-BY（Y=F,S或P）系统的总磁矩恒定地是由钝化原子O和边缘N原子贡献,而与钝化原子Y无关。最后,对于体系ZBNNR内部的N原子和B原子,它们对总磁矩的贡献很小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 纳米材料的概述
•   1.2 氮化硼纳米材料的研究现状
•   1.3 本文的研究内容及方法
•     1.3.1 本文的研究内容
•     1.3.2 本文的研究方法
•     1.3.3 VASP计算模拟程序包
• 第2章 非金属原子钝化锯齿型氮化硼纳米带的磁性和电子性质的研究
•   2.1 引言
•   2.2 计算模型与方法
•   2.3 计算结果与讨论
•     2.3.1 磁性
•     2.3.2 电子特性
•   2.4 本章小结
• 第3章 非金属原子非对称钝化锯齿型氮化硼纳米带的磁性和电子性质的研究
•   3.1 引言
•   3.2 计算模型与方法
•   3.3 计算结果与讨论
•     3.3.1 磁性
•     3.3.2 电子特性
•   3.4 本章小结
• 结语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张小敏

导师: 张建民

关键词: 第一性原理,锯齿型氮化硼纳米带,非金属原子钝化,电子特性,磁特性

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 陕西师范大学

分类号: TB383.1;O469

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000392

总页数: 59

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