碳杂化磁性纳米材料的理论设计与性能调控

【摘要】纳米材料即几何尺寸介于lnm-100nm之间,尺寸效应和大的表面效应使材料具有某些特性的新材料,并在物理、化学及材料科学方面的研究取得了非常大的进展。纳米材料的应用遍及各个领域,包括磁性、半导体、催化等各方面。磁性纳米材料与磁性有关的特征量是纳米量级,因此它与一般的磁性材料有很大的不同。碳纳米材料是目前各研究领域非常热门的材料之一,而基于碳杂化的磁性纳米材料也引起科学家们的广泛关注,合理的设计出新颖的磁性纳米材料,并应用于自旋电子器件方面一直是科研人员经久不衰的课题。对于纳米材料的研究,目前已经涌现出各种各样的方法,包括实验上、理论上及计算模拟上,其中第一性原理计算已成为不可缺少的研究工具。在本论文中,我们主要利用第一性原理计算的方法,在碳杂化的二维纳米材料的基础上,设计出新颖的磁性纳米材料,并对其电子和磁性性质进行系统的分析和探究。第一章介绍了密度泛函理论的主要内容。首先简单介绍了几个近似方法,包括Hartree-Fock近似以及Thomas-Fermi-Dirac近似。然后介绍了Kohn-Sham方程以及交换相关能量泛函。最后我们还介绍了目前几个常用的计算软件包。第二章首先简单介绍了类石墨的氮化碳(g-C3N4)单层材料的结构特点、性质及其主要应用,然后根据其结构特点分别用3d过渡金属元素(从Sc到Zn)和非金属元素(B、C、N)加以修饰,形成新的纳米磁性材料和B-C-N三元杂化材料,并用第一性原理计算的方法对这些体系的电子和磁性性质进行系统的探究与讨论。第三章主要介绍了氮化硼衬底对单空位石墨烯磁性的调控性能。首先介绍了石墨烯材料(Grr)和氮化硼材料(h-BN)以及氮化硼作为石墨烯衬底的简单应用。根据氮化硼衬底对石墨烯电子性质的调控作用,设想其对有磁性的石墨烯是否也有调控作用。所以首先设计了具有磁性的石墨烯(单空位石墨烯),然后利用第一性原理计算的方法,系统的分析和探究h-BN衬底对单空位单层石墨烯及单空位的双层石墨烯磁性的影响。
【作者】张娜；
【导师】武晓君；
【作者基本信息】中国科学技术大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】密度泛函理论；类石墨氮化碳（g-C3N4）；过渡金属；单空位石墨烯；氮化硼(h-BN)；磁性；

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