氧硫掺杂六方氮化硼单层的第一性原理计算-物理学报.PDF

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氧硫掺杂六方氮化硼单层的第一性原理计算-物理学报

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 8 (2013) 083102 氧、硫掺杂六方氮化硼单层的第一性原理计算* † 张召富 周铁戈 左旭 ( 南开大学信息学院, 天津 300071 ) ( 2012年11月23 日收到; 2012年12月24 日收到修改稿) 采用基于密度泛函理论和投影缀加平面波的第一性原理计算方法, 研究了六方氮化硼单层(h-BN) 中的氮原子 缺陷(VN )、氧原子取代氮原子(ON ) 和硫原子取代氮原子(SN ) 时的几何结构、磁性性质和电子结构. 研究发现, VN 和ON 体系形变较小, 而SN 体系形变较大; h-BN 本身无磁矩, 但具有N 缺陷或者掺杂后总磁矩都是1 B ; 同时给出 了态密度和能带结构. 利用掺杂体系的局域对称性和分子轨道理论解释了相关结果, 尤其是杂质能级和磁矩的产生. 关键词: 六方BN 单层, 第一性原理计算, 密度泛函理论, 分子轨道理论 PACS: 31.15.es, 68.65.−k, 73.20.Hb DOI: 10.7498/aps.62.083102 原子轨道展开价电子波函数研究了h-BN 中N 原子 1 引言 空位, B 原子空位, C 原子取代N 和C 原子取代B 等情况, 给出了不同缺陷的稳定性和形成能等结果; 12 18 六方氮化硼单层 (h-BN) 、氮化硼纳米管 2009 年, Azevedo 等 在前人的基础上又给出了 34 56 7 电子结构和磁性性质等结果, 解释了有缺陷的BN (BNNTs) 、石墨烯 、碳纳米管 (CNTs) 等 都是低维纳米材料, 因其独特的结构和优良的力 单层的表面态的形成原因, 并且指出能隙和功函数 8 与不同缺陷的电子结构直接相关. 除此之外, Si 和 学、热学和光学性能, 在自旋电子学 、纳米电子 学等领域有重要的研究和应用价值. 不同于石墨烯 Xue19 重点对具有B 缺陷和N 缺陷的BN 单层的 磁性进行了研究, 给出了态密度和磁矩等结果. 和碳纳米管, h-BN 单层和BN 纳米管在室温下为半 本文采用密度泛函理论(DFT)2021 , 研究了氮 导体或绝缘体, 具有高温抗氧化等独特性质. 这使 化硼单层中氮原子缺陷(VN )、氧原子取代氮原子 得他们在某些应用领域优于石墨烯和碳纳米管. 通 (ON ) 和硫原子取代氮原子(SN ) 等超胞体系的几何 过吸附或者掺杂其他原子, 可以改变BN 单层的几 结构、磁性性质、电子结构. 特别是, 利用杂质原 何结构、磁性性质和电子自旋等物理特性, 进一步 子的局域对称性, 结合分子轨道理论, 解释了杂质 9 扩宽其应用领域 . 能级和磁性的产生. 作为新型材料, 掺杂低维体系和III

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