半導體表面非磁性原子修飾誘導磁性及其調控

《半導體表面非磁性原子修飾誘導磁性及其調控》是依託鄭州大學，由牛春要擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：半導體表面非磁性原子修飾誘導磁性及其調控
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：牛春要
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

從原子分子層面上對半導體表面修飾改性是當今凝聚態物理研究的前沿領域之一。利用非磁性原子修飾誘導、調控半導體表面磁性有序結構不僅有著重要的科學研究意義，而且在電子學、自旋電子學、高密度存儲等方面有著廣泛的套用前景。本項目套用第一性原理計算方法系統地研究非磁性原子吸附、摻雜誘導及調控半導體表面磁性的機理。重點研究吸附和摻雜元素種類、濃度、構型等因素對誘導半導體表面磁性的影響, 探討非磁性原子誘導及調控半導體表面磁性的一般規律，揭示其微觀機理, 以便從原子層次設計性能穩定、性質豐富的半導體表面磁性結構，為相關的物理實驗和實際套用器件提供理論指導。

結題摘要

半導體材料中引入自旋在電子學、自旋電子學、高密度存儲等方面有著廣泛的套用前景。 從原子分子層面上利用非磁性原子修飾誘導、調控半導體表面磁性有序結構當今凝聚態物理研究的前沿領域之一。項目針對申請書內容重點研究了：（1）非磁性H原子吸附誘導Si(111)-(7x7)表面的磁性結構機理及調控。發現非磁性原子H吸附可以誘導Si(111)-(7x7)表面產生磁性。隨著H濃度及吸附構型的變化，我們可以調節懸掛鍵磁性的大小和結構，進而可以得到非常豐富的磁性結構。（2）接下來嘗試利用非磁性金屬原子Cu吸附Si(111)-(7x7)表面，發現金屬原子Cu可以在矽表面快速擴散形成團簇，但是不能誘導表面磁性。我們提出了一種穩定的Cu7團簇很好的解釋了實驗現象（3）我們進一步把非磁性原子摻雜誘導磁性推廣到了低維體系。發現了由於量子尺寸效應，非磁性金屬原子C可以更容易的誘導黑磷納米帶結構的磁性，研究表明碳原子上的磁矩大小隨著摻雜位置變化，並且可以通過邊界原子很好的調控碳原子上的磁矩大小。（4）我們對比研究了3d過渡金屬在二維黑磷及藍磷納米結構摻雜磁性及電子結構，發現體系可以呈現稀磁半導體、半金屬等特性。進一步的研究發現應力不僅可以調控體系磁性的大小，還可以調控磁性耦合特性。（5）研究了非磁性金屬原子Au32團簇包裹對Fe13及Co13團簇的磁性調控。發現Au團簇包裹可以增加Mn13團簇的磁矩而減小Co13團簇的磁矩，這種不同是由於Au對Mn和Fe團簇內部耦合特性影響不同造成的。（6）材料新型結構研究，發現VI族元素Te形成的三種單層材料，發現了新型的三維金屬性H18碳結構、超硬的C20結構、二維純5-7環的C57結構以及BN的H18和Rh6結構。