Fe、Co原子纳米线与石墨烯混合系统电子结构和磁性的第一性原理研究

摘要

石墨烯(graphene)是由单层C原子组成的二维蜂窝网状晶格,是一种具有sp2杂化的、能隙为零的非磁性半导体材料。由于其独特的结构和性质,石墨烯在高性能纳米级电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能源等领域具有巨大的应用潜能。
　　本文利用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波方法结合广义梯度近似,研究了Fe、Co原子纳米线与石墨烯混合系统的电子结构和磁性。我们在石墨烯上方吸附一条磁性金属（Fe、Co)原子纳米线,吸附于石墨烯上方的磁性金属纳米线中的每个金属原子都位于石墨烯六角环中心位置的正上方。通过总能量随金属原子纳米线与石墨烯之间的距离关系,得出的结果为Fe原子纳米线与石墨烯之间的最优化距离是1.955A,Co原子纳米线与石墨烯之间的最佳距离是1.78A。Fe原子纳米线/石墨烯结构的系统总磁矩是3.104μB,其中Fe原子的磁矩是2.914μB;而Co原子纳米线/石墨烯结构的系统总磁矩是1.695μB，Co原子的磁矩是1.645μB.石墨烯中C原子的都产生了较小的诱导磁矩,两种系统中石墨烯的总磁矩分别是-0.013μB和-0.010μB。通过能态密度图的分析,我们发现Fe、Co原子的3d电子态与属于C原子的垂直于石墨烯表面的π电子态发生杂化,形成C原子与金属原子的spd杂化。

目录

声明

第一章 引 言

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 研究意义

第二章 理论与计算方法

2.1 密度泛函理论

2.1.1 绝热近似

2.1.2 Hartree-Fock 近似

2.1.3 Hohenberg-Kohn定理

2.1.4 Kohn-Sham方程

2.1.5 交换关联近似

2.2 赝势平面波方法和全势线性缀加平面波方法

2.2.1 赝势平面波方法

2.2.2 全势线性缀加平面波方法

2.3 密度泛函的自洽计算

2.3.2 计算参数

第三章 结果与分析

3.2 孤立的石墨烯、Fe、Co原子纳米线的电子结构和磁性

3.2.1 石墨烯的电子结构和磁性

3.2.2 孤立Fe、Co原子纳米线电子结构与磁性

3.3 Fe原子纳米线与石墨烯混合系统的电子结构与磁性

3.4 Co原子纳米线与石墨烯混合系统的电子结构与磁性

3.5 Fe、Co原子纳米线与石墨烯系统的吸附能

第四章 结 论

参考文献

致谢

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