5d过渡金属原子吸附氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了氮化硼纳米管六元环中心吸附5d过渡金属原子后体系的几何结构,电子结构和磁性性质.研究发现,吸附原子向一个氮原子或硼原子偏移;吸附体系在费米能级附近出现明显的杂质能级;各个体系的总磁矩随原子序数出现规律性变化,局域磁矩主要分布在吸附原子上.     

六方氮化硼单层有序缺陷和无序缺陷体系几何结构、电子结构和磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,系统研究了12×12的六方氮化硼单层(h-BNS)有序缺陷和无序缺陷对体系几何结构、电子结构和磁性性质的影响,并与理想的h-BNS、一个B原子缺陷体系(V_B)、一个N原子缺陷体系(V_N)进行对比.研究发现:缺陷周围原子位置发生明显改变;硼原子缺陷体系的费米能级向下移动而氮原子缺陷体系的费米能级向上移动,并且硼原子缺陷体系费米能级的相对移动比氮原子缺陷体系费米能级的相对移动大;h-BNS本身没有磁矩,但缺陷体系都有磁矩,其中V_B和V_N体系的总磁矩为1μB,其余的有序和无序缺陷体系的总磁矩也都不为零且B原子缺陷体系的总磁矩明显大于N原子缺陷体系的总磁矩.     

六方氮化硼单层有序缺陷和无序缺陷体系几何结构、电子结构和磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,系统研究了12×12的六方氮化硼单层(h-BNS)有序缺陷和无序缺陷对体系几何结构、电子结构和磁性性质的影响,并与理想的h-BNS、一个B原子缺陷体系(VB)、一个N原子缺陷体系(VN)进行比较. 研究发现：缺陷周围原子位置发生明显改变；硼原子缺陷体系的费米能级向下移动而氮原子缺陷体系的费米能级向上移动,并且硼原子缺陷体系费米能级的相对移动比氮原子缺陷体系费米能级的相对移动大；h-BNS本身没有磁矩,但缺陷体系都有磁矩,其中VB 和VN体系的总磁矩为1μB,其余的有序和无序缺陷体系的总磁矩也都不为零且B原子缺陷体系的总磁矩明显大于N原子缺陷体系的总磁矩。     

六方氮化硼单层有序缺陷和无序缺陷体系几何结构、电子结构和磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,系统研究了12×12的六方氮化硼单层(h-BNS)有序缺陷和无序缺陷对体系几何结构、电子结构和磁性性质的影响,并与理想的h-BNS、一个B原子缺陷体系(VB)、一个N原子缺陷体系(VN)进行比较. 研究发现：缺陷周围原子位置发生明显改变；硼原子缺陷体系的费米能级向下移动而氮原子缺陷体系的费米能级向上移动,并且硼原子缺陷体系费米能级的相对移动比氮原子缺陷体系费米能级的相对移动大；h-BNS本身没有磁矩,但缺陷体系都有磁矩,其中VB 和VN体系的总磁矩为1μB,其余的有序和无序缺陷体系的总磁矩也都不为零且B原子缺陷体系的总磁矩明显大于N原子缺陷体系的总磁矩。     

Co对单层MoS_2电子结构与磁性的影响

为了研究Co对单层MoS_2电子结构和磁性的影响,本文基于第一性原理,采用数值基组的方法计算了Co吸附式掺杂、Co替代式掺杂单层MoS_2的能带结构、态密度以及分析了其结构的稳定性.结果发现:Co替换式掺杂体系的形成能较低,实验上容易实现;Co在Mo位吸附的稳定性强于在S位吸附;Mo位吸附体系的总磁矩为0.999μB,其磁矩的主要来源于Co原子的吸附所贡献的0.984μB,Co原子的掺杂体系总磁矩为1.029μB,其磁矩的主要由Co原子替代掉一个Mo原子所贡献的磁矩为0.9444μB,相比于吸附体系,Co原子对磁矩的贡献率有所降低;无论是Co吸附在单层MoS_2表面还是Co直接替代掉Mo原子的掺杂体系,Co原子3d轨道的引入是引起单层MoS_2体系磁性的主要原因.     

空位及氮掺杂二维ZnO单层材料性质:第一性原理计算与分子轨道分析

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了带缺陷的二维类石墨烯结构的ZnO(graphenelike-ZnO,g-ZnO)的几何结构、电子结构、磁性性质和吸收光谱性质.研究的缺陷类型包括锌原子空位(VZn_g-ZnO)、氧原子空位(VO_g-ZnO)、氮原子取代氧原子(NO_g-ZnO)和表面吸附氮原子(N@g-ZnO).研究发现:NO_g-ZnO体系和N@g-ZnO体系形变较小,而空位体系会引入较大的形变;g-ZnO本身无磁矩,引入Zn空位后,VZn_g-ZnO体系总磁矩为2.00μB;VO_g-ZnO体系无磁矩,但N掺杂后的NO_g-ZnO体系和氮吸附的N@g-ZnO体系的总磁矩分别为1.00μB和3.00μB.利用掺杂体系的局域对称性和分子轨道理论分析了杂质能级和磁矩的产生原因,并且通过分析光吸收曲线得知,引入空位缺陷或者N原子掺杂,可以有效增强g-ZnO单层材料的光吸收性能.研究结果对系统地理解g-ZnO及其缺陷模型的性质有重要意义,可以为发展基于g-ZnO的纳米电子器件和光催化应用提供理论参考.     

氮原子修饰点缺陷石墨烯结构和性质的理论研究

氮原子掺杂石墨烯对基于石墨烯的器件和催化研究具有重要的应用价值.本文采用基于密度泛函理论的计算方法,研究了氮原子修饰的C-Bridge(碳原子吸附在石墨烯碳碳键桥位)、C-Top(碳原子吸附在石墨烯一个碳原子上方)和C7557(碳原子对吸附在石墨烯碳环上方)三种不同点缺陷类型的石墨烯物理性质.讨论不同缺陷石墨烯结构在用氮原子进行修饰前后体系的稳定性、电子结构等;计算得到了缺陷处原子的分波态密度(PDOS)图,分析了原子间的相互作用;模拟出氮原子修饰后缺陷石墨烯恒流模式的STM图像,以便和实验上得出的图像进行对比.计算结果表明,对于所选取的三种不同缺陷,氮原子能够较稳定地吸附在缺陷表面.C-Bridge和C-Top缺陷结构本身具有磁矩,经氮原子修饰后结构磁矩消失.与之相反,C7557缺陷结构本身没有磁矩,经氮原子修饰后缺陷体系带有磁矩.另外,C-Bridge和CTop两种不同缺陷结构石墨烯经过氮原子修饰后,体系几何结构变得完全一样.     

F原子吸附TiO_2:Mn(001)稀磁半导体薄膜电子结构和磁性的第一性原理计算

利用第一性原理方法计算Mn离子掺杂纯净TiO2(001)和F原子吸附的TiO2(001)薄膜的形成能、态密度和磁矩.F原子吸附明显降低TiO2∶Mn薄膜体系的形成能.F原子的吸附导致Mn离子的磁矩减小,而表面O原子的磁矩增大.表面O原子的磁矩主要来源于O原子p x和p y轨道的自旋极化,研究表明表面吸附F原子更有利于Mn离子的掺杂,在一定程度上有利于获得结构稳定的铁磁态半金属特性的TiO2∶Mn薄膜.     

氧、硫掺杂六方氮化硼单层的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论和投影缀加平面波的第一性原理计算方法, 研究了六方氮化硼单层(h-BN)中的氮原子缺陷(V_N)、氧原子取代氮原子(O_N)和硫原子取代氮原子(S_N)时的几何结构、磁性性质和电子结构.研究发现, V_N和O_N体系形变较小, 而S_N体系形变较大; h-BN本身无磁矩, 但具有N缺陷或者掺杂后总磁矩都是1 μ_B; 同时给出了态密度和能带结构.利用掺杂体系的局域对称性和分子轨道理论解释了相关结果, 尤其是杂质能级和磁矩的产生. 关键词： 六方BN单层 第一性原理计算 密度泛函理论 分子轨道理论     

第一主族元素(Li,Na,K)和第二主族元素(Be,Mg,Ca)掺杂二维六方氮化硼单层的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了第一、第二主族元素取代六方BN单层中的B的几何结构、磁性性质和电子结构.研究发现,掺杂的BN单层出现明显的自旋极化特性.对Li,Na,K而言,掺杂后超胞的总磁矩为2μB,对Mg,Ca而言,超胞的总磁矩为1μB,磁矩主要局域在与杂质原子最近邻的N原子上.而对于Be,超胞的总磁矩为0.705μB,磁矩分散在所有的N原子上.对于6种掺杂情况,给出了相应的自旋密度图.掺杂体系产生明显的杂质能级,给出了总态密度和局域投影态密度等结果,分析了杂质能级的产生.发现Mg和Ca掺杂体系的态密度具有明显的半金属特性.     

5d过渡金属原子掺杂氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了当氮化硼纳米管（BNNT）中的B原子和N原子被5d过渡金属原子（Lu,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt,Au,Hg）取代时BNNT的几何结构、电子结构和磁性性质. 作为对比,给出了理想BNNT,B缺陷体系（V_B）和N缺陷体系（V_N）的相应结果. 研究发现：5d原子取代B（B_5d）时体系的局域对称性接近于C_3v,但是取代N（N_5d）时体系的局域对称性偏离C_3v对称性较大;利用相同的5d原子进行掺杂时,B_5d的成键能比N_5d的成键能大;对于B_5d或者N_5d,其成键能基本上随着5d原子的原子序数的增大而降低;掺杂体系中出现了明显的杂质能级,给出了态密度等结果;不同掺杂情况的磁矩不同,取代B 时体系的总磁矩呈现出较强的规律性. 利用对称性和分子轨道理论解释了5d原子取代B时杂质能级的产生和磁性的变化规律. 关键词： 第一性原理计算 5d过渡金属原子 氮化硼纳米管 密度泛函理论     

A first-principles study of the magnetic properties in boron-doped ZnO

First-principles calculations based on density functional theory are performed to study the origin of ferromagnetism in boron-doped ZnO. It is found that boron atoms tend to reside at Zn sites. The induced Zn vacancy is a key factor for ferromagnetism in Zn1-xBxO (0相似文献   

Magnetism in quantum dots on graphene-graphane nanoribbons

The magnetic properties of quantum dots on a graphene nanoribbon are investigated in the context of the method of the generalized gradient approximation of spin-polarized density functional theory. It is shown that the antiferromagnetic ordering of magnetic moments is most stable for ribbons with periodic alternation of graphene-graphane nanosegments. When the graphene nanoribbon is separated by the rows of C atoms with hydrogen atoms adsorbed on them in the form of a two-periodic superlattice, the ferrimagnetic ordering in the coupled unequal quantum dots turns out to be most favorable.     

First principles study the ferromagnetic properties and electronic structure of boron doped ZnSe

Using the full-potential linearized augmented plane wave method with generalized gradient approximation, the magnetic properties and the electronic structure of the boron-doped ZnSe (zinc blende phase) are investigated. Spin polarization calculations show the magnetic moment of the 64-atoms supercell containing one B_Se (B_Zn) is 3.00 (0.015) μ_B. The density of states indicates the magnetic moments of the B_Se doped configuration mainly come from the doped boron atoms and a few from its neighboring zinc atoms. The ferromagnetic and antiferromagnetic calculations for several doped configurations suggest B_Se could induce stable ferromagnetic ground state in ZnSe hosts and ferromagnetic couplings exist between the doped boron atoms. Electronic structures show that B_Se is p-type ferromagnetic semiconductor and hole-mediated double exchange is responsible for the ferromagnetism, while the B_Zn doped configuration is n-type semiconductor. Relative shallow acceptor and donor levels indicate boron-doped ZnSe is ionized easily at working temperatures.     

Electronic and magnetic properties of single 3d-transition metals adsorbed on anthracene: a relativistic density functional theory study

Within the framework of relativistic density functional theory in the regime of generalised gradient approximation, we have obtained magnetic properties of single 3d-transition metal atoms (from Sc to Ni) adsorbed on anthracene molecule. Binding energies, local spin and orbital magnetic moments, and magnetic anisotropy energies were determined. Our calculations show that all 3d-transition metal atoms bind to anthracene molecule in the presence of spin–orbit coupling. We have found these complexes are spin-polarised and soft magnet.     

Detection of DNA Bases Using Fe Atoms and Graphene

The adsorption of DNA bases on a magnetic probe composed of Fe atoms and graphene is studied by using firstprinciples calculations.The stability of geometry,the electronic structure and magnetic property are investigated.The results indicate that four DNA bases,i.e.,adenine,thymine,cytosine and guanine,can all be adsorbed on the probe solidly.However,the magnetic moments of the composite structure can be observed only when adenine adsorbs on the probe.In the cases of the adsorption of the other three bases,the magnetic moments of the composite structure are zero.Based on the significant change of magnetic moment of the composite structure,adenine can be distinguished conveniently from thymine,cytosine and guanine.This work may provide a new way to detect DNA bases.     

Magnetic properties and electronic structures of hcp Fe,Co and Ni nanowires encapsulated in a zigzag (12,0) BN nanotube

The magnetic properties and electronic structures of ferromagnetic nanowires (FM=Fe, Co and Ni) encapsulated inside a zigzag (12,0) boron nitride nanotube (BNNT) are investigated by first-principle calculations. The relaxed geometry structures of FM/BNNT systems have only slightly changed. Formation energy analysis shows that the combining processes of Co/BNNT and Ni/BNNT systems are exothermic, and therefore the Co and Ni nanowires can be encapsulated into a semiconducting zigzag (12,0) BNNT and form stable hybrid structures. The charges are transferred from ferromagnetic nanowires to more electronegative BNNTs, and the formed FM–N bonds have covalent bond characteristics. The magnetic moments of FM/BNNT systems are smaller than those of the freestanding ferromagnetic nanowires, especially for the atoms on the outermost shell of the nanowires. The stable FM/BNNT systems exhibit higher magnetic moments, which can be useful for a wide variety of next-generation nanoelectronic device components.     

Carbon dioxide detection by boron nitride nanotubes

The effect of gas molecule adsorption is investigated on the density of states of (9,0) zigzag boron nitride nanotube within a random tight-binding Hamiltonian model. The Green function approach and coherent potential approximation have been implemented. The results show that the adsorption of carbon dioxide gas molecules by boron atoms only leads to a donor type semiconductor while the adsorption by nitrogen atoms only leads to an acceptor. Since the gas molecules are adsorbed by both boron and nitrogen atoms, a reduction of the band gap is found. In all cases, increasing the gas concentration causes an increase in the height of the peaks in the band gap. This is due to an increasing charge carrier concentration induced by adsorbed gas molecules.     

5d过渡金属原子掺杂氮化铝纳米管电子结构、磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法, 研究了5d过渡金属原子(Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)取代AlN纳米管(AlNNTs)中的铝原子或氮原子时体系的几何结构、电子结构和磁性性质; 并且以理想AlN纳米管(AlNNTs)、Al缺陷体系(VAl)和N缺陷体系(VN)的结果作为对比. 研究发现: 5d 原子取代Al(Al5d)时体系的局域对称性接近于C3v, 但是取代N(N5d)时体系的局域对称性偏离C3v对称性较大; 当掺杂的5d元素相同时, Al5d的成键能比N5d的成键能大; 当掺杂体系相同时(Al5d或N5d), 其成键能基本上随着5d原子的原子序数的增大而降低; 掺杂体系中出现了明显的杂质能级, 给出了态密度等结果; 不同掺杂情况的磁矩不同, 总磁矩呈现出较强的规律性. 利用C3v对称性和分子轨道理论解释了过渡金属原子取代Al时杂质能级的产生和体系磁性的变化规律.     

5d过渡金属原子掺杂氮化铝纳米管电子结构、磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法, 研究了5d过渡金属原子(Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)取代AlN纳米管(AlNNTs)中的铝原子或氮原子时体系的几何结构、电子结构和磁性性质; 并且以理想AlN纳米管(AlNNTs)、Al缺陷体系(VAl)和N缺陷体系(VN)的结果作为对比. 研究发现: 5d 原子取代Al(Al5d)时体系的局域对称性接近于C3v, 但是取代N(N5d)时体系的局域对称性偏离C3v对称性较大; 当掺杂的5d元素相同时, Al5d的成键能比N5d的成键能大; 当掺杂体系相同时(Al5d或N5d), 其成键能基本上随着5d原子的原子序数的增大而降低; 掺杂体系中出现了明显的杂质能级, 给出了态密度等结果; 不同掺杂情况的磁矩不同, 总磁矩呈现出较强的规律性. 利用C3v对称性和分子轨道理论解释了过渡金属原子取代Al时杂质能级的产生和体系磁性的变化规律.