过渡金属 X（ X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re ）掺杂Janus Ga2SSe 的第一性原理研究

利用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法，研究过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)原子掺杂Janus Ga₂SSe的磁性、电子性质及光学性质.研究表明：过渡金属掺杂Janus Ga₂SSe体系在Chalcogen-rich条件下有着比Ga-rich条件下更好的稳定性.其中Mn掺杂体系形成能在两种条件下皆为最低.本征Ga₂SSe是具有2.02 eV带隙的间接带隙半导体，在紫外区域有着很好的光伏吸收能力.与本征Ga₂SSe相比，Cr掺杂体系自旋向上通道出现杂质能级，自旋向上与向下通道不对称，呈磁矩为2.797μ_B铁磁性半金属. Mn掺杂体系在其自旋向上通道产生的杂质能级，呈磁矩为3.645μ_B的磁性P型半导体. Fe掺杂体系自旋向下通道产生的杂质能级，呈磁矩为3.748μ_B磁性P型半导体.在Tc与Re掺杂后，带隙皆由间接变直接带隙，呈无磁性的P型半导体.从光学性质来看，各掺杂体系与未掺杂Ga₂SSe在介电...     

非金属N和过渡金属(Mo, Ru, Rh, Pd)掺杂SnO2磁性的第一性原理研究

本文基于第一性原理方法,对非金属元素(N)与过渡金属元素(Mo, Ru, Rh, Pd)掺杂SnO₂的电子结构和磁学性质进行计算分析.结果表明：形成能与过渡金属原子半径密切相关,随着过渡金属原子半径的增加,形成能在降低,其中N-Mo掺杂体系形成能最低,故该体系最容易掺杂形成;能带结构分析表明,由于掺杂体系自旋向上/向下杂质能级的数量和分布均不对称,掺杂体系均有磁性产生;进一步探究态密度可知,体系产生磁性的原因是过渡金属原子和N原子之间产生p-d轨道杂化,最外层电子轨道上的空位及单电子相互耦合所导致.结果表明,由于掺杂原子的引入,SnO₂体系产生磁性,并且掺杂体系呈现亚铁磁性,其中N-Rh掺杂体系的磁性最好,其磁矩为1.88μB,有望成为良好的稀磁半导体材料.     

Sb系half-Heusler合金磁性及电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Sb系half-Heusler合金XYSb(X=Ni,Pd,Pt;Y=Mn,Cr)的晶体结构、磁性及电子结构.计算结果表明,在平衡晶格常数下,合金NiMnSb为半金属,其他为金属.合金的总磁矩主要由Y元素自旋磁距贡献,随着元素X原子序数减小,费米能级移向自旋向下能带导带底;压缩使费米能级上移,远离Sb原子p能带,PtMnSb,PdMnSb与NiCrSb在压应力下可实现金属—磁性半金属转变. 关键词： 第一性原理 磁性 电子结构 金属—磁性半金属转变     

过渡金属原子X(X=Mn,Tc,Re)掺杂二维WS2第一性原理研究

二维材料由于具有独特的电子结构和量子效应、丰富的可调控特性而受到凝聚态物理和材料科学的广泛关注,其中通过过渡金属掺杂二维WS2形成的半金属铁磁性材料在自旋电子学领域中发挥着重要的作用.采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法计算了过渡金属原子X (X=Mn, Tc, Re)掺杂二维WS~2的电子结构、磁性和光学性质.研究表明:被过渡金属原子X掺杂的WS~2体系在S-rich条件下比在W-rich条件下更稳定.在Mn掺杂后,自旋向上通道中出现杂质能级,导致WS~2体系从自旋向上和自旋向下态密度完全对称的非磁性半导体转变为磁矩1.001μB的铁磁性半金属.在Tc, Re掺杂后,体系均转变为非磁性N型半导体.所有掺杂体系杂质态均发生自旋劈裂现象,且自旋劈裂程度逐渐减小.同时发现Mn, Tc, Re掺杂后,表现出优异的光学性质,它们的介电常数和折射系数与未掺杂WS~2的体系相比明显增强,吸收系数在低能量区域(0—2.0 eV)均出现红移现象.     

碱土金属X（X=Be，Mg，Ca和Sr）掺杂二维SnS2材料的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理研究赝势平面波方法，计算了碱土金属X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂二维单层SnS₂的电子结构、磁学性质和光学性质.结果表明：S-rich条件下的体系相较于Sn-rich更稳定，能带结构表明：在Be掺杂后，SnS₂体系从自旋向上通道和自旋向下通道完全对称的非磁性半导体转变为具有1.999μ_B磁矩的磁性半导体.在Mg掺杂后，体系转变为非磁性P型半导体；Ca和Sr两种掺杂体系由于极化程度的不同，导致在下自旋通道的能带穿过费米能级，而在上自旋通道的能带并未穿过费米能级，呈现出磁矩分别为1.973、2.000μ_B的半金属特性.同时发现X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂后，掺杂体系实部静态介电常数大幅度增加，掺杂后的SnS₂体系的极化能力增强，虚部数值在低能区明显变大，更适用于长波长光电器. Be, Mg, Ca和Sr掺杂不仅导致吸收边红移，而且提高了红外光区域的有效利用率.     

氢化二维过渡金属硫化物的稳定性和电子特性:第一性原理研究

用氢对单层二维过渡金属硫化物(TMDs)进行功能化是调节单层TMDs电子性质的既有效又经济的方法.采用密度泛函理论,对单层TMDs (MX_2 (M=Mo, W; X=S, Se, Te))的稳定性和电子性质进行理论研究,发现在单层MX_2 的层间有一个比其表面更稳定的氢吸附位点.当同阳离子时,随着阴离子原子序数的增加, H原子与MX_2 层的结合越强,氢化单层MX_2 结构越稳定;相反,同阴离子时,随着阳离子原子序数的增加, H原子与MX_2 层的结合越弱.氢原子从MoS_2的表面经层间穿越到另一表面的扩散势垒约为0.9 eV.氢化对单层MX_2 的电子特性也会产生极大的影响,主要表现在氢化实现了MX_2 体系从无磁性到磁性体系的过渡.表面氢化会使MX_2 层的带隙急剧减小,而层间氢化使MX_2 的电子结构从半导体转变为金属能带.     

单层金属卤化物CoX_2(X=Cl、Br、I)可调能隙和磁性研究

本文采用密度泛函理论系统的研究了二维单层金属卤化物CoX_2(X=Cl,Br,I)的结构稳定性、电子性质和磁性质.三种卤化物的束缚能分别是9.01、8.04和6.95 eV,表明Co原子和卤素原子间存在强相互作用.三种材料的能带结构都显示了间接带隙半导体特性.三种材料的总磁矩都是3 μ_B,主要来源于Co原子的磁矩.为了实现对材料物性的调控,我们考虑了双轴应变.发现压缩应变不仅可以显著增强铁磁态的稳定性,还可以实现体系从间接带隙半导体向直接带隙半导体的转变.     

Ni4PrB的电子结构和磁性能研究

考虑Pr-4f及Ni-3d电子间的库仑作用U和交换作用J,采用局域自旋密度近似LSDA(Local spin-density approximation)及LSDA+U(在位库仑势)近似,对Ni₄PrB化合物进行结构优化,并计算体系电子结构,能带结构和磁性能. 结果显示,Ni₄PrB具备金属半导体性质,存在Pr-Ni铁磁耦合. U的引入对体系磁特性和结构稳定性有关键作用,加U前体系磁性来源为Ni原子磁矩,加U后体系磁性来源为Pr原子,且体系稳定性提高,U值的作用对于修正体系强关联有重要影响,可以合理描述由强关联和自旋排斥引发的排斥效应. 关键词： 密度泛函理论 电子键结构 磁性能 稀土过渡金属间化合物     

外来原子替代碳的氟化石墨烯的磁性和电子性质

采用基于自旋极化密度泛函理论的第一性原理计算,研究了在氟化石墨烯中少量C原子被M原子(M=B,N,Si,P)替代后原子片的磁性和电子性质.结果表明:不同原子掺杂后的氟化石墨烯的电子结构会发生很大的变化,并有很大的不同.掺杂B和P原子后,纳米原子片由半导体转变为金属,并且由非磁性转变为磁性;掺杂N原子后,材料则仍为半导体,但具有磁性;进一步讨论了掺杂原子浓度与磁性的关系.对于Si原子掺杂的氟化石墨烯原子片,其半导体性质不变,但禁带宽度也会发生改变.     

Ni5Nd2B4的电子结构和磁性能研究

采用LSDA（Local spin-density approximation）近似及LSDA+U（在位库伦势）近似模拟金属间化合物Ni5Nd2B4的磁性能对于R-M-B合金特性的研究具有重要意义。研究结果显示,LSDA近似下,Ni5Nd2B4具备金属导体性质,晶体结构中最紧邻Ni、B原子间杂化成键,最紧邻Ni-Ni共价成键,Nd、B原子形成成键分子轨道作用,Ni原子间存在自旋消弱现象;LSDA+U近似下,Nd原子磁矩提供体系磁性来源,由于自旋排斥作用Ni原子电子与Nd原子电子自旋方向相反,体系在U值约为6.35eV的作用下能较理想的处理体系电子作用。     

Tuning the magnetic and electronic properties of strontium titanate by carbon doping

The magnetic and electronic properties of strontium titanate with different carbon dopant configurations are explored using first-principles calculations with a generalized gradient approximation (GGA) and the GGA+U approach. Our results show that the structural stability, electronic properties and magnetic properties of C-doped SrTiO₃ strongly depend on the distance between carbon dopants. In both GGA and GGA+U calculations, the doping structure is mostly stable with a nonmagnetic feature when the carbon dopants are nearest neighbors, which can be ascribed to the formation of a C–C dimer pair accompanied by stronger C–C and weaker C–Ti hybridizations as the C–C distance becomes smaller. As the C–C distance increases, C-doped SrTiO₃ changes from an n-type nonmagnetic metal to ferromagnetic/antiferromagnetic half-metal and to an antiferromagnetic/ferromagnetic semiconductor in GGA calculations, while it changes from a nonmagnetic semiconductor to ferromagnetic half-metal and to an antiferromagnetic semiconductor using the GGA+U method. Our work demonstrates the possibility of tailoring the magnetic and electronic properties of C-doped SrTiO₃, which might provide some guidance to extend the applications of strontium titanate as a magnetic or optoelectronic material.     

The dispersion properties of surface acoustic wave devices on AlN/LiNbO3 film/substrate structure

Highly c-axis oriented aluminum nitride (AlN) films were deposited on z-cut LiNbO₃ substrates by reactive rf magnetron sputtering. The crystalline properties investigated by X-ray diffraction (XRD) revealed that AlN film with (0 0 2) preferred orientation was improved by an increase of the deposition time within the experimental range. However, the surface morphology of AlN film measured by scanning probe microscopy (SPM) showed that the roughness was getting worse with increase of deposition time. Surface acoustic wave (SAW) properties, measured by a network analyzer in the structure consisting of highly c-axis AlN films on z-cut LiNbO₃ substrates, were investigated. The phase velocity (V_P) was significantly increased by the increase of h/λ, where h is the thickness of AlN film and λ is the wavelength. However, the insertion loss (IL) of SAW filters was also increased by the increase of h/λ. Experimental results on the temperature characteristics of SAW devices are also presented.     

Effects of crystallographic ordering on the magnetic behaviour of (AgIn)1-zMn2zTe2 and (CuIn)1-zMn2zTe2 alloys

Measurements of magnetic susceptibility in the temperature range 4.2–300 K were made on polycrystalline samples of the (AgIn)_{1 - z}Mn_2zTe₂ and (CuIn)_{1 - z}Mn_2zTe₂ alloys, and the data used to give values of spin-glass transition te mperature T_g and Curie-Weiss paramagnetic temperature θ. For any sample for which the X-ray powder photograph indicated an apparently single phase condition, either zinc-blende or chalcopyrite, the susceptibility data could show up to three separate T_g values. These different magnetic conditions are attributed to crystallographic ordering of the Mn ions on the chalcopyrite and zinc-blende lattices, the three observed T_g values corresponding to disordered zinc-blende, ordered zinc-blende and ordered chalcopyrite. The value of θ obtained from the 1/χ vs. T plot is shown to be a weighted mean of the separate values of θ for the phases present. The relative sizes of the T_g peaks and the values of θ for any given sample gives an indication of the amount of each phase present. These amounts were varied by using different methods of heat treatment and it was shown that the magnetic behaviour was consistent with the T(z) phase diagram for the two alloy systems.     

二维硼碳基纳米结构上的吸附及其性质

综述金属原子与非金属原子和分子在石墨烯、BC₃平面等二维硼碳基纳米结构上的吸附所表现出的各种物理性质及可能的应用.纯净的石墨烯为零带隙的半金属、无磁且自旋轨道耦合效应非常弱,BC₃平面为间接带隙半导体,但金属原子与非金属原子和分子的吸附可能使石墨烯体系在Dirac点处打开带隙、具有强自旋轨道耦合效应,可能使石墨烯体系与二维BC₃体系具有磁有序、超导电性及应用在氢存储上.另外石墨烯表现出非常好的分子探测性能.     

In-band M1 and E2 transition rates and collective structures in Ba

Subpicosecond mean lifetimes of eight excited states in ¹²⁸Ba populated via the ⁹⁶Zr(³⁶S,4n) reaction were measured by the Doppler-shift attenuation (DSA) technique using a line-shape analysis. The differential decay-curve method (DDCM) was applied for the lifetime determination. The B(E2) values in the yrast band indicate that the first band-crossing is with a proton S-band. The configuration πh_11/2d_5/2 of the negative-parity semi-decoupled bands is confirmed by the measured B(E2, I → I − 2) and B(M1, I → I − 1) transition strengths. The higher-lying “dipole” band in ¹²⁸Ba can be described as a high-K four-quasiparticle band built on the prolate configuration (πh_11/2d_5/2) (νh_11/2g_7/2).     

具有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的XY模型的量子相干性

研究了具有Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用的一维横场XY自旋链的量子相变和量子相干性.采用约旦-维格纳变换严格求解了哈密顿量,并描绘了体系的关联函数和相图,相图包含反铁磁相、顺磁相和螺旋相.利用相对熵和Jensen-Shannon熵讨论了XY模型的量子相干性.研究发现,相对熵与Jensen-Shannon熵所表现的行为都可以很好地表征该模型的量子相变.非螺旋相中量子相干性不依赖DM相互作用,而在螺旋相DM相互作用对量子相干性有显著影响.此外,指出了在带有DM相互作用的这一类反射对称破缺体系中关联函数计算的常见问题.     

BaTi2Bi2O的电子结构与磁性

采用第一性原理方法,对BaTi₂Bi₂O的电子结构和磁性进行计算.非磁性态的计算结果显示:费米能级处的态密度主要来自d_z²,d_x²-y²和d_xy三个轨道,同时费米面也主要有三部分组成,并且将其沿着矢量q₁=(π/a,0,0)和q₂=(0,π/a,0)平移时,第三部分费米面(沿着X-R连线)与第一部分费米面(M-A连线)嵌套明显,计算得出磁化系数χ₀(q)在X点出现峰值,与峰值出现在M点的FeAs基超导体不同.上述磁化率峰值可以诱导产生自旋密度波,使得BaTi₂Bi₂O材料的磁性基态是bi-collinear antiferromagnetism(AF3)与blocked checkerboard antiferromagnetism(AF4)的二度简并态.随着空穴掺杂,χ₀(q)的峰值降低,而电子掺杂则导致峰值变大.当自旋涨落被完全压制时,超导出现,这可以解释为什么超导只出现在空穴掺杂型化合物而非电子掺杂型.     

FeVO_4电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了三斜结构FeVO_4的结构,基态的能带结构、总态密度和分波态密度.将FeVO_4非共线的螺旋磁结构简化为六种不同的反铁磁结构,通过比较不同自旋构型的总能确定了基态磁结构.能带计算和总态密度结果均显示FeVO_4是能隙为2.19 e V的半导体,与实验结果相符.考虑Fe原子的在位库仑能,FeVO_4的能带结构和态密度都发生变化,说明FeVO_4晶体是一个典型的强关联电子体系.     

非共振圆偏振光作用下单层二硫化钼电子结构及其自旋/谷输运性质

基于紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型和久保线性响应理论,研究了外部非共振圆偏振光作用下单层二硫化钼(MoS_2)电子结构及其自旋/谷输运性质.研究结果表明:单层MoS_2布里渊区K谷和K′谷附近自旋依赖子带间的能隙随着非共振右旋圆偏振光引起的有效耦合能分别线性增大和先减小后增大,随着非共振左旋圆偏振光引起的有效耦合能分别先减小后增大和线性增大,实现了系统能带结构有趣的半导体-半金属-半导体转变.此外,单层MoS_2在外部非共振圆偏振光作用下,呈现有趣的量子化横向霍尔电导和自旋/谷霍尔电导,自旋极化率在非共振右/左旋圆偏振光有效耦合能±0.79 eV附近达到最大并发生由正到负或由负到正的急剧转变,谷极化率随着非共振圆偏振光有效耦合能先增大后减小并在其绝对值0.79-0.87 eV范围内达到100%.因而,可以利用外部非共振圆偏振光将单层MoS_2调制成自旋/谷以及光电特性优异的新带隙材料.