錫及其氧化物薄膜材料的電磁和光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、本論文計(jì)算方法采用基于密度泛函理論的第一性原理投影綴加平面波法，論文中我們主要計(jì)算研究了二維SnO2納米面及錫烯的電子性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)。
　　首先，我們計(jì)算了3d過(guò)渡金屬原子(Cr, Mn, Fe, Ni)摻雜二維SnO2納米面的電子性質(zhì)、能帶結(jié)構(gòu)以及光學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明二維SnO2納米面結(jié)構(gòu)屬于無(wú)磁直接帶隙半導(dǎo)體材料，帶隙大小為2.75eV。研究發(fā)現(xiàn)Cr, Mn, Fe原子摻雜SnO2NSs會(huì)分別引入2?B,-3?B,2?B的磁

2、矩，而Ni原子摻雜SnO2NSs后結(jié)構(gòu)依舊保持無(wú)磁特性。在光學(xué)性質(zhì)方面，摻雜3d過(guò)渡金屬原子(Cr, Mn, Fe, Ni)后SnO2NSs的光學(xué)吸收邊發(fā)生明顯的紅移現(xiàn)象。而且在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)的光學(xué)吸收強(qiáng)度、折射率和反射率都有明顯提高。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池、光電裝置和光催化劑有重要應(yīng)用。
　　其次，論文中我們還進(jìn)行了3×3錫烯吸附3d過(guò)渡金屬原子電子性質(zhì)和磁性的相關(guān)計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)除了V原子外，錫烯吸附TM原子的最穩(wěn)定位置均處于h

3、ollow位。V, Cr, Mn, Fe和Co吸附原子會(huì)使錫烯體系引入磁性，磁矩主要來(lái)源于TM吸附原子；而錫烯吸附Ni, Cu和Zn原子體系則繼續(xù)保持無(wú)磁特性。V, Cr, Mn,Cu吸附原子會(huì)使錫烯表現(xiàn)出金屬性質(zhì)，錫烯吸附Co原子會(huì)表現(xiàn)出半金屬性質(zhì)，而吸附 Ni和 Zn原子后高對(duì)稱(chēng)點(diǎn)處會(huì)打開(kāi)一定帶隙表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性。更為重要的發(fā)現(xiàn)是，錫烯吸附Fe原子后表現(xiàn)出自旋雙極化無(wú)帶隙磁性半導(dǎo)體性質(zhì)，這些結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)可控自旋電子器件提供理論依據(jù)。<

4、br>　　同時(shí)，我們用4×4的錫烯吸附3d TM原子對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明體系總磁矩、局域磁矩以及電荷轉(zhuǎn)移量與3×3錫烯吸附3d過(guò)渡金屬原子的計(jì)算結(jié)果高度一致，從而證明了我們計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在錫烯應(yīng)力計(jì)算中，我們得出錫烯在承受2％以?xún)?nèi)的壓力時(shí)，可以保持自身性質(zhì)不發(fā)生變化，隨著壓力或拉力的增大，錫烯在高對(duì)稱(chēng)點(diǎn)處的能帶會(huì)呈現(xiàn)規(guī)律性變化。
　　在錫烯納米帶計(jì)算中，我們分別構(gòu)建了armchair和zigzag兩種邊緣類(lèi)型的錫烯

5、納米帶，并對(duì)兩種類(lèi)型不同寬度的錫烯納米帶進(jìn)行了相應(yīng)能帶計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)armchair邊緣類(lèi)型的錫烯納米帶均表現(xiàn)出直接帶隙無(wú)磁半導(dǎo)體特性，而且?guī)洞笮〕什ɡ诵乌厔?shì)變化。而在zigzag納米帶中，只有寬度為2的zigzag2納米帶是無(wú)磁的零帶隙半導(dǎo)體，其他五種zigzag構(gòu)型的錫烯均表現(xiàn)出磁性金屬特性。zigzag納米帶中的磁矩主要來(lái)源于與H原子成鍵的Sn原子.
　　最后我們研究了錫烯/MoS2異質(zhì)結(jié)的電子性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果