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SnSe_2本征缺陷、单层掺杂与双层层间掺杂的第一性原理研究

周丹玫  
【摘要】:随着石墨烯的发现和广泛应用,二维层状材料走进了大众的视线。由于其具有较高的电子迁移率、优秀的杨氏弹性模量和优异的导热导电性,因此在光电学、自旋电子学、晶体管、催化剂等很多领域已得到了广泛的应用并受到强烈的关注。在石墨烯研究热潮的推动下,具有类似石墨烯结构的其他二维层状材料也得到了广泛的研究,例如一些无机化合物、金属硫属化合物、过渡金属氧化物等。在这些材料里,层状金属硫属化合物(Layerd metal chalcogenides,LMCs)因为具有很多优异的性质,目前已引起了人们极大的科研兴趣,并迅速成为研究热点,已然成为国际前沿材料研究中纳米光电器件类的核心材料之一,是新一代纳米材料中非常有研究价值的一个类别。在这个大环境下,很多的二维层状硫属族材料都得到了相对比较成熟的研究。然而,通过文献调研,我们发现关于SnSe2材料还没有系统的被研究过,因此本篇论文将目光锁定在SnSe2材料电子结构和磁学性质及其调制的研究上。在课题组前期的研究基础上,本论文主要利用密度泛函理论对二维层状硫属族纳米材料SnSe2的体相本征缺陷、单层掺杂和双层层间掺杂进行了系统地研究。我们希望通过掺杂对材料进行改性研究,以期发现这一材料新的性质和其它可能的潜在应用。本论文一共分为六个章节,第一章绪论主要介绍了二维材料的基本信息和研究二维材料掺杂性质的理论方法,以及本论文选题的出发点、背景以及研究目标。第二章是对密度泛函理论作出简要的概述,并对本论文计算的主要载体第一性原理计算的VASP软件包作简单介绍。第三章中我们系统的研究了SnSe2体相本征掺杂的电子结构,并对两种不同生长环境下的六种本征缺陷进行了详细的比较。第四章中我们系统的研究了SnSe2材料单层纳米片掺杂的电子结构和磁学性质,并比较了不同生长环境下的阴离子掺杂和阳离子掺杂的结果,预测了最适合用以掺杂的掺杂剂和最合适的具体实验气体生长环境。受到第四章结论的的启发,在第五章中,我们对SnSe2材料双层纳米片进行了层间掺杂研究。计算了SnSe2层间掺杂1、2、4个不同过渡金属原子时铁磁和反铁磁的总能量和磁矩,得出了基态的磁学性质以及有磁性产生的磁性来源,并探究了掺杂原子个数和种类对掺杂体系能量、铁磁性和反铁磁性互相转化等的影响。


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