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补偿性共掺和π-π相互作用调控石墨烯体系的电子结构和磁学性质

作　者: 雒艳锋
导　师: 齐世飞
学　校: 山西师范大学
专　业: 化学
关键词: 石墨烯半导体铁磁性 p-n共掺铁磁稳定性磁矩
分类号: O613.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 33次
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内容摘要

目前人们对以石墨烯体系为基础的复合材料的研究处于起步阶段，2004年石墨烯的成功剥离以及随后氧化石墨烯的合成，很大程度上拓展了石墨烯的应用领域,例如有机发光二极管显示器以及应用于化学或生物活性改性的催化剂等等。将石墨烯化学改性，通过吸附、掺杂等方法发展出更多的石墨烯为主体的材料。本论文将从自旋电子学和半导体两个方面的应用对石墨烯体系进行研究。石墨烯的非凡物理特性使其成为最有希望取代硅，而成为未来电子学材料。然而，①弱的自旋轨道耦合；②零能隙。这些缺点阻碍了石墨烯在电子器件方面的应用。为了设计制造高性能的电子设备材料，在石墨烯上产生磁性和打开石墨烯的主体能隙对石墨烯为基础的自旋电子学和半导体工业的发展起着至关重要的作用。尽管许多科研小组做了不少努力但是结果还是不尽人意。如引入磁性的同时石墨烯的电子结构受到很大的破坏等。理论为实验提供依据及指导。因此本论文采用第一原理密度泛函理论研究了Fe/NO₂共掺石墨烯和F4-TCNQ吸附石墨烯的电子结构和磁学性质。研究发现：①通过p-n共掺的方法，我们在理论上成功的实现了铁磁性石墨烯。更重要的是，p-n共掺石墨烯对石墨烯的电子结构破坏很小，石墨烯的线性关系依然存在，即石墨烯保持原有的特性不变。这样使石墨烯成为具有新奇物理性质的自旋电子学材料。②研究发现π-π相互作用能够很好的调控石墨烯体系的能隙，并且能量的线性色散关系没有被破坏。更重要的是比较其他方法，其带隙有了很大的提高。π-π相互作用的方法是一种更好的打开石墨烯带隙的方法。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 引言  9-15
  1.1 石墨烯的研究历史  10
  1.2 石墨烯的优点  10-12
  1.3 石墨烯的研究现状  12-13
  1.4 本论文的主要内容  13-15
2 基础原理和计算软件  15-21
  2.1 基本理论  15-19
    2.1.1 第一性原理  15-16
    2.1.2 密度泛函理论  16
    2.1.3 Hohenberg-Kohn 定理  16-17
    2.1.4 KS 方程  17
    2.1.5 广义梯度近似  17-18
    2.1.6 超胞模型  18-19
  2.2 计算软件  19-21
    2.2.1 VASP 程序  19
    2.2.2 Materials Studio 程序  19-21
3 补偿性共掺 3d-过渡金属石墨烯磁性和电子结构的研究  21-31
  3.1 引言  21
  3.2 计算细节  21-22
  3.3 结果与讨论  22-28
    3.3.1 Fe/NO_2共掺石墨烯的磁性和电子结构的研究  22-25
    3.3.2 Fe/NO_2对共掺石墨烯的磁性和电子结构的研究  25-28
  3.4 结论  28-31
4 π-π相互作用调控石墨烯的电子结构的研究  31-37
  4.1 引言  31
  4.2 计算细节  31
  4.3 结果与讨论  31-35
  4.4 结论  35-37
5 全文总结  37-39
致谢  39-41
参考文献  41-47
附录  47
  攻读硕士期间所发表的论文  47

补偿性共掺和π-π相互作用调控石墨烯体系的电子结构和磁学性质

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