單層氮化硼類石墨烯結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)和磁性的第一性原理研究.pdf

1、納米材料石墨烯(graphene)，由于它們特殊的電子性質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu)，自從2004年Geim等人發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定存在的單層石墨烯結(jié)構(gòu)以來(lái)，這種新材料便受到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。石墨烯以及石墨烯的衍生物(石墨烷、石墨酮和石墨烯納米帶)在實(shí)驗(yàn)和理論上引起了科學(xué)家的極大興趣。研究顯示，石墨烯在材料領(lǐng)域中將有著廣泛的應(yīng)用。在元素周期表中氮元素和硼元素與碳元素相鄰，有著與碳元素接近的電子結(jié)構(gòu)，所以它們形成的化合物具有與石墨烯類似的結(jié)構(gòu)。于是，研究單層氮

2、化硼的熱潮隨之而來(lái)。
　　 類比于石墨烯和石墨烯納米帶的研究，本文以單層氮化硼為基本構(gòu)型，在密度泛函理論(DFT)框架下，對(duì)單層氮化硼在硼位置吸附不同原子的情況下的晶體結(jié)構(gòu)、電子和磁性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算和分析，從而為實(shí)驗(yàn)工作者提供理論依據(jù)。
　　 首先我們介紹了研究背景，然后回顧了第一性原理方法的發(fā)展歷程及當(dāng)前取得的進(jìn)展。最后采用以密度泛函理論為基礎(chǔ)的廣義梯度近似方法計(jì)算了用官能團(tuán)修飾的單層氮化硼的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子和磁性質(zhì)。結(jié)

3、果表明，進(jìn)行了化學(xué)修飾的單層氮化硼的結(jié)構(gòu)較之純的氮化硼略有變化，晶格常數(shù)各不相同。純的氮化硼是具有4.91eV帶寬的半導(dǎo)體，通過(guò)官能團(tuán)的引入，氮化硼的電子性質(zhì)發(fā)生了變化。在鋸齒型的修飾中，B位吸附F或者OH時(shí)，體系由半導(dǎo)體變成了半金屬，也就是說(shuō)，其中自旋向上能帶的費(fèi)米能級(jí)恰好落在價(jià)帶和導(dǎo)帶的能隙中，顯示出絕緣體的性質(zhì)，而自旋向下的能帶跨過(guò)費(fèi)米面呈金屬性；B位吸附H時(shí)，情況變得有所不同，體系仍然是半導(dǎo)體，但顯示出了自旋極化的現(xiàn)象，自旋向上