论文部分内容阅读
本论文采用基于密度泛理论(density functional theory,DFT)的第一性原理计算方法,对嵌入(全氟化石墨烯)式扶手椅型以及锯齿型三角形石墨烯纳米片的结构稳定性,电子性质以及磁性性质进行了系统地理论研究。我们得到的主要研究结果如下:一、我们对嵌入(全氟化石墨烯)式扶手椅型与锯齿型三角形石墨烯纳米片进行结构优化,并且通过计算形成能来分析其热力学稳定性。计算结果表明,两种嵌入式三角形石墨烯纳米片的形成能都随着嵌入石墨烯纳米片尺寸的增加而减小,嵌入纳米片越大,体系越稳定;另一方面,计算结果显示,嵌入(全氟化石墨烯)式扶手椅型三角形石墨烯纳米片的形成能曲线始终位于锯齿型纳米片下方,说明前者在能量上比后者更具稳定性优势。二、利用第一性原理计算,系统地研究了嵌入(全氟化石墨烯)式扶手椅型与锯齿型三角形石墨烯纳米片的电子性质。首先进行非自旋极化计算,结果表明,扶手椅型纳米片是完全的非磁性半导体,且其带隙值随纳米片尺寸增加而单调减小;锯齿型纳米片则在费米能级出现高度局域化的不稳定的金属带。于是,对锯齿型纳米片进行自旋极化计算,自旋分裂产生自旋向上与自旋向下的能带,从而在费米能级产生带隙,其带隙值并非单调变化,而是在NZZ=3时达到最大。三、进一步对嵌入(全氟化石墨烯)式锯齿型石墨烯纳米片磁性进行详细地分析讨论。我们的计算结果显示,嵌入式扶手椅型纳米片结构的总磁矩和局部磁矩都为零,而锯齿形纳米片基态结构表现为亚铁磁性,并且磁矩大小随纳米片尺寸变化呈线性正相关。进一步分析表明,磁矩主要来自嵌入纳米片的C原子p轨道上未成对单电子,自旋密度由纳米片边缘向中心递减。同时,我们也对自旋极化的锯齿型纳米片稳定性进行了分析讨论,结果表明,越大尺寸纳米片的自旋极化态稳定性越好。