单层PC6几何结构、电子及磁学性质的第一性原理研究

作     者：高佳喜 

作者单位：天津工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘光华

授予年度：2022年

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

主      题：单层PC6 密度泛函理论 掺杂 双轴应变 电子性质 磁学性质 

摘      要：随着石墨烯从石墨中被成功剥离出来,二维（2D）材料的优异性质与应用使得其在光电等领域有巨大的发展潜力,从而发展出大量的二维材料。单层PC是一种结构与石墨烯类似的二维材料,为直接带隙半导体,具有优良的热学、电子和光学性质,在光电领域方面的应用有很大的潜力。目前的研究大多是关于锂离子电池、催化剂等方面的应用,但掺杂、掺杂与应变共存等对单层PC性质调控的研究还很少。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了掺杂和双轴应变对单层PC的几何结构、电子和磁学性质的影响。具体内容为非金属元素B、N和O掺杂对单层PC的几何结构、电子和磁学性质的影响,以及双轴应变对掺杂体系的几何结构、电子和磁学性质的影响。本征体系的单层PC是直接带隙半导体,没有磁性。研究结果表明,掺杂非金属元素B、N和O使得单层PC发生了局域结构畸变。此外,掺杂这三种非金属元素对单层PC的电子性质产生了影响,使得单层PC发生了从半导体到导体的转变。除此以外,B和O两种非磁性元素的引入使原本没有磁性的单层PC具有了磁性。 对于施加双轴应变的情况,双轴应变从-6%变化到6%,对于电子性质,B掺杂体系始终保持金属特性;磁学性质方面,B掺杂单层PC体系的磁性比较稳定,能保持在特定的范围以内,并且随着双轴应变从-6%变化到6%,总磁矩逐渐增大。各原子的局域磁矩分布基本不变,磁矩主要来源于与B相连的C原子和次近邻的P原子。对于O掺杂体系,随着双轴应变从-6%变化到6%,对于电子性质,O掺杂体系保持金属特性;磁学性质方面,当施加的双轴应变值从-6%变化到4%时,体系的总磁矩逐渐增大。当施加的双轴拉伸应变从4%增大到6%时,体系的总磁矩有明显的增大,表明O掺杂体系对双轴拉伸应变比较敏感,尤其当应变强度增强时。本研究为单层PC二维材料在磁性方面的应用提供了可能的指导。