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基于α-In2Se3的磁电耦合效应与挠曲电效应的计算研究

基于α-In2Se3的磁电耦合效应与挠曲电效应的计算研究

作     者:胡尘 

作者单位:华东师范大学 

学位级别:硕士

导师姓名:龚士静

授予年度:2023年

学科分类:07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题:第一性原理计算 二维复合多铁异质结 磁电耦合效应 挠曲电效应 

摘      要:二维层状材料因其拥有优异的电学、光学和热学以及原子层厚度等性质,可以为集成电路的制造提供更高效、更小型和更低功耗的解决方案,同时也能帮助改善芯片的稳定性和可靠性。目前,实验室已经成功制备出种类丰富的二维材料,包括:石墨烯类、氮化物类(h-Bn、AIN等)、过渡金属硫族化合物类(Mo S、WS等)、铁电类材料(Cu In PS、Ge Se、InSe等)以及铁磁类材料(CrGeTe、BiTe、1T-VSe等)。除此以外,人们可以通过施加外部电场、应变、化学修饰与搭建异质结等多种手段对二维材料的物理性质进行灵活调控,二维材料的这一特点大大突破了传统本征材料因功能较为单一导致的在应用范围方面受到的局限性。本文采用密度泛函理论框架进行第一性原理计算,以α-InSe为基础,研究了二维复合多铁体系中磁电耦合效应对材料电学性质和磁学性质的调控,以及挠曲电效应对二维材料的能带结构和电荷分布等电学性质的影响。这些研究成果为多功能材料和柔性器件的设计提供了理论指导。本文一共分为五章,第一章对二维材料的磁电耦合效应以及挠曲电效应进行简要介绍。第二章对文章涉及到的理论基础以及研究工具进行介绍。第三章和第四章分别详细地对科研工作内容进行阐述。在第五章中,对所做的工作进行了总结并展望了以后的研究方向。具体工作内容如下:在第三章中,我们研究了VSe/InSe二维复合多铁异质结的电学性质与磁学性质,探究了铁电极化对异质结能带排列的影响,实现异质结能带在type-I,II,和III之间的连续变化。另外,我们还研究了VSe/InSe异质结中的磁学性质,重点分析了铁电极化翻转对异质结磁晶各向异性能的调控,发现当InSe极化方向指向VSe时,异质结中V原子的磁矩与磁晶各向异性能和单层VSe相比变化程度较大。在第四章中,我们研究了单层铁电α-InSe的挠曲电效应,通过改变弯曲结构的应变梯度与极化方向,发现s轨道和p轨道的电子云形状差异使最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)对应力的响应敏感程度不同。除此以外,我们还分析了外部电场对单层α-InSe弯曲结构带隙的调控作用,发现带隙会随着应变梯度与外加电场的增加而呈线性关系递减关系。

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