低維六方氮化硼材料的第一性原理計算.pdf

1、六方氮化硼因其獨特的光、電和磁特性以及在微電子領(lǐng)域潛在的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為了相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點材料之一。本文借助Materials Studio軟件，運用基于密度泛函理論的第一性原理，計算了含有空位缺陷和替位式摻雜缺陷的h-BN單層以及不同邊界條件氮化硼納米帶的光、電、磁性質(zhì)。具體分析能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、電子軌道以及光學(xué)性質(zhì)，得出了以下結(jié)論：
　　1.當h-BN單層中存在空位缺陷時，B原子空位（VB）相比N原子空位（VN）更容易形成

2、。VB和VN的總磁矩分別為2.56μB和1.18μB，空位處原子的不同性質(zhì)導(dǎo)致了磁性的不同，N原子保持sp2雜化軌道，電子互相并不配對；而B原子會互相靠近，sp2雜化軌道的電子躍遷到Pz軌道并形成π鍵，電子配對導(dǎo)致磁性削弱。當h-BN單層中存在雙原子空位時，相鄰的空位間B-B成σ鍵，磁性由N原子提供；相隔的空位間會發(fā)生電子交換作用導(dǎo)致磁矩只有2.03μB。在光學(xué)性質(zhì)方面，B原子空位增加了對深紫外光的利用率；而 N原子空位則表現(xiàn)在對可見光

3、波段吸收能力的增強。
　　2.在碳原子替位式摻雜h-BN體系中，雙碳原子替位摻雜相鄰的N原子和B原子時最穩(wěn)定。由于4價電子的特性，單個C原子摻雜體系會產(chǎn)生自旋極化，且自旋電子在 C-Pz軌道運動；若把雜質(zhì)原子數(shù)量提升為2，同位點摻雜會使磁矩增加，異位點時則由于C原子之間的電子移動配對導(dǎo)致磁性消失。對比Si、Ge摻雜h-BN發(fā)現(xiàn)，同樣情況下，替位B的體系形成能低，穩(wěn)定性好；同時發(fā)現(xiàn)，替位N后，由于晶格畸變，禁帶中會出現(xiàn)更多的雜質(zhì)能級

4、，且電子結(jié)構(gòu)的變化和形變程度相關(guān)。
　　3.當3d過渡金屬（TM=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni）替位h-BN的B原子后，體系表現(xiàn)出較大的磁性，磁矩的大小隨TM價電子數(shù)的增加表現(xiàn)先增后降的趨勢，在摻雜Fe時達到5μB的最大自旋磁矩。分析雜質(zhì)原子分態(tài)密度和電荷分布發(fā)現(xiàn)，TM摻雜h-BN單層后磁性的產(chǎn)生與TM-N離子性導(dǎo)致的電子轉(zhuǎn)移相關(guān)。
　　4.通過對不同寬度、不同邊界下條件的氮化硼納米帶（BNNR）的電子特性和