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《南开大学》 2017年
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钒吸附二硒化钼单层的第一性原理计算研究

刘萍  
【摘要】:二维体系在电子、光学、机械等方面的优越性决定了其应用范畴之广。随着对石墨烯关注度的加大,层状过渡金属硫化物逐渐发展,可作为另一类新型狄拉克材料,激起新的研究热潮,这归结为它们具有较大的直接带隙,且带隙大小为1-2 eV,这使得它们相比于石墨烯有更广泛的电子应用。迄今为止,相比于单个原子吸附二硫化钼(Mo S_2)单层的研究,对钒(V)吸附二硒化钼(MoSe_2)单层的研究还未受到关注。本文使用第一性原理计算方法,研究了V吸附原子对MoSe_2单层的结构、电子和磁性特性的影响,以及吸附浓度和磁耦合间的关联性。计算结果表明:钒原子可以化学吸附于MoSe_2单层上,且最稳定的吸附位为Mo原子的正上方,此位置处有三个最近邻的Se原子。V原子到最近邻Se原子之间的电子转移以及V、Se和Mo原子之间的杂化导致了极性共价键的形成。单个V原子吸附时,会在纯净的MoSe_2单层的中间带隙中引入缺陷能级,有5m_B的磁矩产生,V-3d和Mo-4d在磁矩分布中所占比例最大。结合V原子的电子排布和态密度分布分析,V-3d是高自旋排布,在晶体场劈裂作用下,部分V-4s电子被压入V-3d轨道,导致未成对d轨道电子数增加,导致V原子局域磁矩增加。使用GGA和GGA+U两种方法计算V-V间距离对磁基态的影响,并估算了铁磁和反铁磁态的交换积分。GGA方法计算得到,当V-V间距离很小时,磁基态是铁磁,但是随距离的增大,铁磁逐渐减弱,甚至会转变为反铁磁。我们提出了一种交换机制去解释短距离时的铁磁耦合,这种铁磁耦合和Mo原子占位交换以及Mo和V之间的杂化有关。然而,铁磁交换机制极易受到原子间距离以及强电子关联的影响,吸附体系的磁基态转变为反铁磁,在反铁磁态中超交换机制起主要作用。
【学位授予单位】:南开大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O482.5

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