单层MXene纳米片Ti2N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应

二维材料MXene纳米片由于具有较大的比表面积和较高的电子迁移率而受到广泛的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层MXene纳米片Ti₂N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应进行了系统研究。结果表明,所有过渡金属掺杂体系结合能均为负值,结构均稳定;其中Ti₂N-Sc体系的形成能为-2.242 eV,结构更易形成,且保持稳定;掺杂后Ti₂N-Sc、Ti₂N-Zr体系磁矩增大;此外,Ti₂N-Sc体系中保留了较高的自旋极化率,达到84.9%,可预测该体系在自旋电子学中具有潜在的应用价值。     

La掺杂6H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及La掺杂6H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,未掺杂6H-SiC是间接带隙半导体,其禁带宽度为2.045 eV,掺杂La元素,形成P型间接半导体,带隙宽度下降为0.886 eV.未掺杂6H-SiC在价带的低能区,Si-3s、C-2s电子轨道对态密度的贡献较大,在价带的高能区,主要是由Si-3p、Si-3s、C-2p态组成.掺杂后La的5d轨道与6H-SiC的sp~3轨道杂化主要贡献在价带部分,而对导带的贡献相对较小,掺杂后电导率提高.未掺杂时,只有一个介电峰,是价带电子跃迁到导带电子所致,掺杂后有两个介电峰,其中第一个介电峰是由sp~3杂化轨道上的电子跃迁到La原子5d轨道上产生.未掺杂6H-SiC,在能量为10.31处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为7.35 eV处,吸收系数达到最大值.     

ConPtm (n+m≤7)团簇吸附CO的第一性原理研究

利用密度泛函理论的广义梯度近似方法,计算了CO与双金属团簇ConPtm (n+m≤7)的相互作用. 结果表明：当n+m≤5时,CO更易于在Co原子的顶部成键. 当5≤n+m≤7时,CO则更易在Pt原子的顶位成键. n+m的值一定时,m的值越大CO越倾向于与Pt原子成键. 磁性分析表明,n+m的值一定时,Co原子数越大,磁矩越大,而Pt原子数越大,CO分子的吸附能越大. CO的吸附能在1.61 eV到3.01 eV之间,其中Pt6∙CO团簇的吸附能最大.     

钴修饰氮化铝纳米管的储氢性能

本文采用密度泛函理论中的广义梯度近似系统地研究了钴原子修饰的(5,5)单壁氮化铝纳米管(SWANNT)的几何结构、电子性质以及储氢性能.研究结果表明:钴原子倾向于以顶位的形式吸附于(5,5) SWANNT表面N原子上.在钴原子周围可以吸附4个完整的H分子,平均吸附能为0.624 e V,表明钴原子修饰的SWANNT材料有望在温和环境中实现对H分子的快速吸附和脱附.     

Nd掺杂Mg2Si电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,探究了未掺杂Mg₂Si以及Nd掺杂Mg₂Si的能带结构、态密度和光学性质。计算结果表明: Nd掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si禁带宽度从0.290 eV降低到0 eV,导电性能提升;未掺杂的Mg₂Si,当光子能量大于0.9 eV时,才开始慢慢具备吸收能力,掺杂Nd之后的Mg₂Si对能量为0.2 eV的光子就开始吸收,大大改善了Mg₂Si对红外光电子的吸收。掺杂后的光吸收系数和反射率都变小,表明掺杂后的Mg₂Si对光的穿透率增大。计算结果为Mg₂Si材料在光电器件方面的应用提供了理论依据。     

完全Heusler合金Cr2ZrSb/Sc2FeSn(100)异质结的结构、电磁特性及电子性质

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了完全Heusler合金Cr₂ZrSb/Sc₂FeSn(100)异质结中六种界面CrCr-ScFe-T、ZrSb-ScSn-T、CrCr-ScSn-B、ZrSb-ScFe-B、CrCr-ScFe-V和 ZrSb-ScSn-V的电磁特性及电子性质。结果表明,界面原子间的相互作用造成了界面间原子层的不均匀,导致界面层的力学失配率加大。与块体中的高自旋极化率相比,异质结的自旋极化率遭到不同程度的破坏。但是,ZrSb-ScFe-B界面保留了较高的自旋极化率值,通过Julliere模型预测该异质结在低温下隧道磁电阻值约为429.29%,在自旋电子学器件中具有潜在的应用前景。     

四元Heusler合金VFeScP/Ag(100)异质结的结构、磁性以及电子性质

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了四元Heusler合金VFeScP/Ag(100)异质结的ScP-Ag、VFe-Ag、FeFe-Ag、VV-Ag、ScSc-Ag和PP-Ag这6种原子端面的结构、原子磁性、态密度和自旋极化。结果表明,由于界面原子复杂的相互作用,界面原子层呈现不同程度不平整,从而可能加剧界面层的电子散射。与块体相比,界面原子的配位数变化引起的d电子局域性和磁直接交互的共同作用,导致了的界面原子复杂的磁行为。电子态密度研究发现,原来块体中的高自旋极化率已经被破坏。最大的自旋极化率出现在ScSc-Ag异质结构中,约为53%,预测在自旋阀中有一定的应用潜力。