《CdS低維納米結構的自旋極化及光電性質的調控機理研究》是依託濟南大學，由李萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CdS低維納米結構的自旋極化及光電性質的調控機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李萍
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
低維納米結構晶體材料是目前凝聚態物理研究的前沿領域之一，其結構的特殊性使其具有一系列體相材料所不具備的新異的力學、磁學、電學、光學等特性，具有重大現實和潛在的套用價值。主要有以下研究內容：① 利用第一性原理計算和分子動力學模擬，獲得CdS納米薄片/帶/線/結的熱穩定性的表征，準確表征其自旋極化、光電性質，找到性能優異、熱穩定性高的CdS低維納米半導體結構。② 以低維結構中的磁耦合作用機制為主線，弄清離子摻雜、缺陷、分子基團修飾、低維量子尺寸效應等物性調控機理，找到其對磁性納米材料的交換作用機制的影響規律。設計出具有長程、高居里點和高自旋極化率的新型納米鐵磁性半導體材料，同時揭示低維材料體系中磁耦合作用的多樣性和複雜性的原因。③ 探索CdS半導體量子結構的發光特性和發光效率，準確表征材料的光電特性，以期在可見光區發光及薄膜太陽能電池上取得較好的套用價值。
結題摘要
本項目主要使用第一性原理計算和緊束縛模型方法，圍繞低維CdS納米麵/帶/線的電子結構、能帶調控、光電性質和磁耦合機理進行了研究，並結合近幾年凝聚態物理的發展，開展了二維拓撲絕緣體的設計和能隙調控的研究。 （1） 我們以材料的功能化為目標，建立了低維CdS納米結構模型並進行了最佳化，研究結構的晶體學變化，分析其熱穩定性與晶體結構之間的關係。 （2） 構建了CdS、InN和SnO2等納米結構，用Li、Be、B、C、N等輕元素及過渡金屬Cu、Pd、Cr、Mn、Fe和Ni進行替位摻雜，研究表明摻雜原子可以有效調控其電子結構和光電性質，分析了摻雜原子的引入與材料磁性之間的關聯及磁耦合作用機理，獲取室溫鐵磁性耦合材料和對可見光有良好吸收率的光電材料。 （3）研究了不同原子修飾構型、納米結構的寬度、施加應力等對CdS納米麵/帶/線電子結構和磁性的調控，分析了邊緣局域電、磁性質，研究表明邊緣的不同修飾構型、結構的寬度和應力可以調控低維納米材料的電子結構，使其具有半導體-半金屬-金屬不同的性質，對低維納米結構設計和組裝具有重要的理論指導意義。 （4）研究本徵缺陷對二維CdS體系電子結構的影響，缺陷電荷密度分布和轉移規律及材料鐵磁性的起因。 （5）CdS納米麵/帶/線的居里溫度的調控及計算。由微結構模型，提取其交換作用常數，建立磁相互作用的海森堡模型。基於平均場理論，通過材料的居里溫度與磁耦合強度之間的關係式計算了Cu摻雜CdS半導體材料的基態居里溫度為400K；通過蒙特卡洛模擬了C摻雜CdSNS的磁矩和磁化率與溫度的關係，推導C摻雜CdSNS的居里溫度為354K。 （6）兩步法製備了ZnO@CdS異質結並研究了其光催化性能，異質結能夠促進光生載流子的快速分離和輸運，減少光生電子和空穴的複合，提高光催化效率。 （7）研究了矽烯、鍺烯及Bi烯的拓撲性並對其帶隙進行了調控，使用緊束縛模型的方法計算了體系的邊緣態，並計算了spin chen number及willson loop 等參數，為實驗中尋找室溫下的二維拓撲絕緣體提供了可行的實驗方案。
