《d0半導體納米材料中磁性來源以及增強的物理機制研究》是依託南京林業大學，由吳芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：d0半導體納米材料中磁性來源以及增強的物理機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳芳
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
具有室溫磁性的半導體納米材料，在電子器件和信息材料中有著廣闊的套用前景。近年來,實驗研究報導了在一些不包含任何磁性原子的半導體(d0半導體)納米材料中存在室溫磁序，但是其實驗和套用的發展卻被兩個關鍵問題所阻礙：（1）局域磁矩的來源；（2）低濃度的局域磁矩如何形成巨觀磁序？本項目擬採用密度泛函理論的方法，研究在d0半導體納米材料中(表面、納米線和納米糰簇)，陽離子缺陷和包含陽離子的缺陷團簇的形成能力，揭示形成局域磁矩的物理來源。通過對納米材料中局域磁矩間的磁有些相互作用距離進行研究，闡述納米尺度對局域磁矩間耦合能力的影響，揭示實驗觀察到的室溫磁序的可能來源。此外，理論上探索在現有的實驗製備條件下，一些不可避免的外界因素（外界應力）對半導體納米材料中局域磁矩形成能力以及磁相互作用的影響，並總結其一般規律，預言實驗可能增強磁性的途徑，為進一步的實驗研究提供一些理論依據和指導。
結題摘要
項目按計畫執行。本項目研究的主要目標是採用密度泛函理論的方法，研究在d0 半導體納米材料中(表面、納米線和納米糰簇)，陽離子缺陷和包含陽離子的缺陷團簇的形成能力，揭示形成局域磁矩的物理來源。主要研究進展包括：（1）原子層厚度過渡金屬氮化物的高溫鐵磁性和半金屬性的研究：通過第一性原理計算，我們發現實驗上剛剛合成的MoN2單層就是這樣的一種材料，它具有鐵磁性並且居里溫度接近420K，這比其他二維磁性材料的居里溫度都要高很多。所以，研究表明過渡金屬氮化物有望套用於電子自旋電子器件中。（2）d0 半導體納米材料的磁性來源的研究：我們發現非局域陰離子缺陷軌道能導致磁矩並能形成巨觀磁序。另外通過施加外界壓力，被陰離子空位部分占居的非局域缺陷軌道很好地被限制了，從而導致了自發自旋有序。（3）低維鐵電材料對石墨烯能隙的影響：我們構建了OH-BNSL/石墨烯的複合結構，計算結果表明通過鐵電襯底我們產生了兩個態，一個是金屬的Dirac粒子態，一個是不導通的絕緣態。相比於傳統的打開能隙機制，我們的研究提供了一個完全的新機制。(4) 半導體光催化劑g-C3N4對太陽能利用率提高的研究：對於雙層g-C3N4而言，它的基本帶隙因為層之間的耦合而增加了。計算得到的光吸收譜則顯示它有更好的可見光吸收率。除此之外，我們計算還表明了雙層g-C3N4的能隙之能通過外加電場而較易地改變，這可以用來控制它的光的吸收。(5) ZnO單層的研究：我們考慮了電子摻雜對結構轉換的影響。可以看到，隨著電子摻雜的濃度上升，石墨狀結構的穩定性明顯變差。在項目執行期間，發表SCI 論文11篇，包括Nano Lett, J. Chem.Phys. Lett, Appl. Phys.Lett, Nanoscale 等，2名在讀研究生。
