文档介绍：简趄单层氮化硼类石墨烯结构的电子结构和磁性的第一性原理研究摘要理论物理专业硕士研究生江薇指导教师陈洪教授关键词:单层氮化硼;密度泛函理论坏缱咏峁梗淮判西南大学硕士学位论文纳米材料石墨烯,由于它们特殊的电子性质和几何结构,自从年等人发现稳定存在的单层石墨烯结构以来,这种新材料便受到了世界范围内的广泛关注。石墨烯以及石墨烯的衍生物椤⑹:褪┠擅状在实验和理论上引起了科学家的极大兴趣。研究显示,石墨烯在材料领域中将有着广泛的应用。在元素周期表中氮元素和硼元素与碳元素相邻,有着与碳元素接近的电子结构,所以它们形成的化合物具有与石墨烯类似的结构。于是,研究单层氮化硼的热潮随之而来。类比于石墨烯和石墨烯纳米带的研究,本文以单层氮化硼为基本构型,在密度泛函理论蚣芟拢缘ゲ愕;鹪谂鹞恢梦讲煌拥那榭鱿碌木褰峁埂⒌缱雍痛判灾式行了计算和分析,从而为实验工作者提供理论依据。首先我们介绍了研究背景,然后回顾了第一性原理方法的发展历程及当前取得的进展。最后采用以密度泛函理论为基础的广义梯度近似方法计算了用官能团修饰的单层氮化硼的结构稳定性、电子和磁性质。结果表明,进行了化学修饰的单层氮化硼的结构较之纯的氮化硼略有变化,晶格常数各不相同。纯的氮化硼是具有淼陌氲继澹ü倌芡诺囊耄氮化硼的电子性质发生了变化。在锯齿型的修饰中,晃紽或者伽时,体系由半导体变成了半金属,也就是说,其中自旋向上能带的费米能级恰好落在价带和导带的能隙中,显示出绝缘体的性质,而自旋向下的能带跨过费米面呈金属性;晃紿时,情况变得有所不同,体系仍然是半导体,但显示出了自旋极化的现象,自旋向上带具有的宽带隙,而自旋向下带的带隙几乎为零。相应的,在扶手椅型的修饰中,晃紽或者时,情况类似于锯齿型中吸附模逑党氏肿孕ɑ陌氲继逍裕欢紿时,体系显示出了金属性。另外,纯的氮化硼是非磁性的,而进行了化学修饰的单层氮化硼均具有磁性,总磁矩接近或等于巍!摘要
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第一章绪论石墨烯的研究进展墨,具有二维的蜂窝状六角网格结构。而单层的氮化硼是单层原子厚度的六角氮际权威的顶尖杂志还曾经做过一个关于石墨烯的研究专栏。鉴于对石墨烯研单层氮化硼是一种和石墨烯结构类似的新材料。石墨烯是单层原子厚度的石化硼,实验方面已经在过渡金属的面上通过化学气相沉积的方法得到。在六角氮化硼这种结构中.,上下六角网格的原子互相对齐,相邻原子为异种原子,构成⋯⋯层状排列。层与层之间以弱的范德华力结合,很容易相对滑动。网格结构平面内是以共价键结合,具有良好的电绝缘性、导热性和稳定的化学性质。既然六角氮化硼有很多的优良性质,那么单层的六角氮化硼是不是更有研究的价值呢诒韭畚闹校颐抢玫谝恍栽硌芯康ゲ愕;鹪硼位置吸附不同原子的情况下的晶体结构、电子和磁性质,为今后的实验提供有力的理论依据。纳米材料石墨烯,由于它们特殊的电子性质和几何结构,自从年等人发现稳定存在的单层石墨烯结构以来,这种新材料便受到了世界范围内的广泛关注。国内的孙强、杨金龙等研究小组对于石墨烯的研究比较成熟,国究的重要性,本节介绍了石墨烯的发现和性质以及石墨烯的衍生物椤⑹墨酮和石墨烯纳米带囊恍┬灾省.┑姆⑾趾托灾石墨烯,是单层原子厚度的石墨,具有二维的蜂窝状六角网格结构。实验上发现石墨烯之前,理论和实验界都认为在有限温度下严格的二维晶体是不能稳定存在的。这种假设直到年英璏笱拘西南大学硕十学何论文图六角氮化硼的晶体结构示意图和绪论
.碜臻褥矿溅热朔⑾至说ゲ闶┲蟛诺靡愿谋洹K遣捎梦⒒盗Ψ至逊票噶说ゲ阍雍穸鹊奶寄ぃ庵侄疾牧媳硐殖隽朔浅8叩稳定性和结晶度U庖环⑾至⒖陶鸷沉丝蒲Ы纾婧笳庵中滦吞疾牧铣晌N理学和材料学等领域的研究热点蚇也因此而荣获年诺贝尔物理学奖。石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元缤.。它可以包裹起来形成零维的富勒烯馐羌探鸶帐褪笥攴⑾值奶荚K的第三种晶体形态;还可以卷曲起来形成一维的碳纳米管它是具有石墨结构、并按一定规则卷曲形成的纳米级管状结构的孔材料;还能层层堆积形成三维的石墨。石墨烯还同时具有石墨和碳纳米管等材料的一些优良性质,例如高机械强度透呷鹊夹訹,当然以石墨烯为基材料合成的纳米复合材料同样表现出许多优异的性能R陨献阋运得魇┱庵侄型纳米材料在材料领域中将有着广泛的应用。船矿≯矿≯石墨烯更为奇异之处是它具有独特的电子结构和电学性质。石墨烯的价带电子偷即万‘电子嘟挥诜衙啄芗洞蚄。点悄芟段A愕陌氲继澹示金属性,,远远大于在一般半导体中的运动速度,因此其电子行为需要用相对论量子力学中的狄拉克方程来描述,电子的有效质量为零。石墨烯由此成为凝聚态物理学中独一无二的描述无质量狄拉克费米子哪P吞逑担庵