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X/Graphene（X=H，Fe，Co）体系的磁性和电子性质

作　者: 李曙恒
导　师: 曹觉先
学　校: 湘潭大学
专　业: 理论物理
关键词: 石墨片磁性电子性质密度泛函理论
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 51次
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内容摘要

纳米磁存储材料拥有实现超高密度数据存储的应用潜力,因此受到人们的广泛关注。随着磁性记录单元的纳米化,如何找到一种适合容纳纳米磁性记录单元的基底材料于是成为人们所面临的一个非常重要的问题。最近,人们发现石墨片拥有稳定的单原子层厚度的二维晶体结构。因此它有望作为生长磁性团簇、纳米线、纳米薄膜的一种极佳的基底,从而为设计纳米磁存储材料提供新的思路。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,分别研究了非金属元素H及过渡金属元素Fe和Co吸附在石墨片上的磁性和电子性质。其主要内容包括：基于平面波赝势方法,我们使用VASP程序包研究了H/Graphene的结构畸变、吸附形成能、磁性和电子性质。计算结果表明该体系表现出强磁性。自旋电荷密度分析表明当体系发生自发磁化时,每个格点与其最近邻三个格点的局域磁矩以反铁磁方式耦合,即在整个晶格上各格点的自旋交替改变方向。十分有趣的是,HIGraphene体系能带结构的变化随吸附浓度不同而呈现不同的变化行为：当超原胞(n×n)的大小n=3m时,体系的带隙很小,并且石墨片特有的π及π*能带的线性色散关系得以保存；当n≠3m时,体系的带隙相对前者大得多,并且π及π*能带的线性色散关系不再存在。我们考虑了Fe(Co)/Graphene体系几种可能的吸附结构,详细分析了其中Fe, Co的磁性及吸附机制。结果表明,Fe(Co)单原子吸附在石墨片表面时,它们的磁矩分别为2.00μB和1.04μB,并且拥有较大的吸附能,因此能形成稳定的吸附结构；当Fe或Co的直线型、锯齿型原子链吸附在石墨片上时,Fe原子的磁矩分别为3.11μB和2.78μB, Co的磁矩分别为1.66μB和1.81μB。此外,我们还考虑了Fe与5d过渡金属元素(Ta～Pt)构成的Fe-5d自由双原子链的磁矩及磁各向异性能,并讨论了它们吸附在石墨片上时自旋磁矩的变化。我们发现Fe-Ta, Fe-W, Fe-Re, Fe-Os双原子链吸附在石墨片上时,能保持很大的磁矩。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章引言  8-15
  1.1 磁存储原理简介  8-10
  1.2 磁存储材料的性能指标  10
  1.3 常规磁存储材料的发展历程  10
  1.4 纳米磁存储材料的兴起  10-12
  1.5 石墨片简介  12-14
  1.6 本论文的研究内容和目的  14-15
第2章理论计算方法  15-24
  2.1 多粒子体系的Schrodinger方程  15-16
  2.2 密度泛函理论  16-22
    2.2.1 Hohenberg-Kohn定理  16-18
    2.2.2 Kohn-Sham方程  18-19
    2.2.3 交换关联泛函的形式  19-22
  2.3 平面波赝势方法  22-23
  2.4 VASP软件包简介  23-24
第3章 H/Graphene体系的磁性和电子性质  24-36
  3.1 计算方法与模型  24-25
  3.2 结果与讨论  25-31
    3.2.1 结构畸变及吸附形成能  25-26
    3.2.2 磁性  26-29
    3.2.3 能带结构  29-31
  3.3 布里渊区折叠法  31-35
  3.4 小结  35-36
第4章 Fe,Co/Graphene体系的磁性和电子性质  36-44
  4.1 计算方法与模型  36-37
  4.2 结果与讨论  37-42
    4.2.1 孤立Fe(Co)原子的吸附  37-38
    4.2.2 Fe(Co)原子链的吸附  38-41
    4.2.3 Fe-5d双原子链的吸附  41-42
  4.3 小结  42-44
第5章总结和展望  44-46
  5.1 工作总结  44-45
  5.2 工作展望  45-46
参考文献  46-51
致谢  51-52
附录:攻读硕士学位期间发表的论文  52

X/Graphene（X=H，Fe，Co）体系的磁性和电子性质

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