二硫化钒纳米带的电子结构和磁性质的第一性原理研究

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二维材料很大程度上满足了未来发展对集成电子系统轻便超薄、透明度高及灵活性好等要求。近十年来,除石墨烯以外,二维单层层状过渡金属硫族化物(TMDCs)材料以其优异的力学性质、电子性质和光学性质吸引了大家广泛的关注。但是,大多数二维TMDCs材料不具有本征磁性,而二硫化钒(VS2)作为新兴的二维层状无机材料,由于其具有本征磁性,可用于自旋电子学器件材料,获得了广泛的关注。本论文主要通过第一性原理计算的方法对二维单层VS2及一维不同宽度不同边界的二硫化钒纳米带进行模拟计算和理论研究,通过分析材料的电子结构和磁矩变化来探究其电磁性质。其主要内容如下:1)研究了单层二硫化钒的蜂窝状的三斜晶体(H-VS2)和中心蜂窝状的八面体晶系(T-VS2)两种晶格结构的稳定性,及其不同宽度一维纳米带的电子性质。我们的计算结果表明,单层VS2虽然都表现为铁磁金属性,H型和T型VS2晶胞的总能随晶格常数(体积)的收缩或膨胀呈不同的抛物线变化,即在一定应力条件下,两种结构可以互相转换。H,T型VS2纳米带材料的电子性质也不同,其中扶椅形(armchair)和锯齿形(zigzag)边界的T-VS2纳米带都表现为金属性,且与纳米带的宽度无关,与其块体和单层的电子性质一样;不同宽度的H型zigzag边界VS2纳米带的电子性质也表现为金属性,而armchair边界的H-VS:纳米带既可能是金属、半金属性,又可能是半导体性的电学性质。2)我们研究了二硫化钒纳米带的磁性质随纳米带宽度的变化规律,及缺陷对VS2纳米带磁性的影响。在一维VS2纳米条带中,H型纳米带的总磁矩比T型纳米带要大,且磁性随着纳米条带宽度不同呈现出不同的变化规律。H型条带的磁性随着宽度增加线性增大,但T型条带出现磁性的震荡行为。此外,我们通过探究优化后纳米带内部键间间距变化关系来分析解释了磁矩变化规律。实验上,材料缺陷的存在是不可避免的,我们理论上简单计算了硫缺陷的存在对纳米带磁性的影响。研究发现硫缺陷可以使纳米带由铁磁到反铁磁变化,或是使材料的磁性增加或减小,且不同位置的硫缺陷对纳米带的磁性影响也不相同。综上所述,本论文基于对VS2材料的计算,探究了材料的电子和磁性质,这对VS2材料将来在电子自旋器件方面的开发和应用有一定的理论参考价值。
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