二维磁性材料MnXY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)的结构、弹性性质及居里温度的研究

来源 :四川师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LUOJIAJUN32
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在石墨烯能够制备以后,二维材料因为具备特殊的性质及其优异的性能而获得诸多领域的重视。但绝大多数二维材料本征却是非磁性的,所以寻找本征带有磁性的二维材料对于研究自旋电子学成为了重中之重。基于此,本文利用第一性原理密度泛函理论,对二维本征磁性材料Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)的结构、弹性性质及居里温度进行了研究。本文以密度泛函第一性原理以及其相关方法为基础,全面分析了二维本征磁性材料Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y),包括其晶体结构、电子结构、弹性性质和居里温度等性质。我们利用了GGA-PBE方法研究了二维磁性材料Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)的结构、电子以及弹性性质。得到的主要结论如下:(1)二维磁性材料Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)的基态是具有动力学稳定性的。(2)二维磁性材料Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)具有铁磁性金属性质。而在Mn STe中,能够明显获知,自旋向上电子具有明显的半导体特征,而自旋向下电子则具有明显的金属特征,这意味着单层Mn STe是半金属。而当我们对自旋极化后的能带考虑加U时,观察到单层Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)自旋向上及自旋向下的电子均穿过费米能级,表明三者均具有铁磁性金属性质。当考虑自旋轨道耦合(Spin-Orbit Coupling,以下简称SOC)时,SOC使得狄拉克锥点处的能带发生分裂,这证实SOC分裂费米能级周围存在的能带,具体体现成能量转移以及开启一个带隙。(3)二维磁性材料Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)的层模量,杨氏模量均远远小于石墨烯以及其它二维材料,因此,可以认为二维的Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)材料具有硬度小,柔韧性好,使得其可以被用于制造较大应变范围的光电或者电子器件。我们还利用GGA+U,GGA+SOC+U和蒙特卡洛模拟对Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)的磁基态,磁各向异性能以及居里温度进行了研究,得到了以下结论:(1)二维磁性材料Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)的基态是铁磁态。(2)我们考虑了自旋轨道耦合作用,计算了Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)的磁各向异性能大小分别为-18.53 K(Mn STe)、-2.06 K(Mn Se Te)、-0.12 K(Mn SSe)。(3)我们通过GGA+SOC+U的算法得到Mn XY(X,Y=S,Se,Te,X≠Y)的居里温度,三者的居里温度分别为58 K(Mn STe)、45 K(Mn Se Te)和70 K(Mn SSe),其大小可能与其相对原子质量大小有关。
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