【摘 要】
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二维本征磁性半导体,兼具半导体与磁性材料的性质,在功耗低、速度快和尺寸小的自旋电子学器件上具有重要的应用价值,是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一。大多数二维半导体是非磁性材料,需要通过掺杂等方法来诱导磁性。寻找新型二维本征磁性半导体并对其电子结构进行调控,具有重要的应用价值和基础理论意义。本论文以典型的二维反铁磁性半导体MnPSe3和二维铁磁性半导体CrI3为研究对象,利用密度泛函理论计算了
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51671142、U1632152、51661145026、51871161）； 天津市自然科学基金重点项目（16JCZDJC37300）；
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二维本征磁性半导体,兼具半导体与磁性材料的性质,在功耗低、速度快和尺寸小的自旋电子学器件上具有重要的应用价值,是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一。大多数二维半导体是非磁性材料,需要通过掺杂等方法来诱导磁性。寻找新型二维本征磁性半导体并对其电子结构进行调控,具有重要的应用价值和基础理论意义。本论文以典型的二维反铁磁性半导体MnPSe3和二维铁磁性半导体CrI3为研究对象,利用密度泛函理论计算了其在应力、掺杂、电场以及界面复合下的电子结构、磁学性质和能谷特性,揭示了二维本征磁性半导体的新奇物理特性,为新型自旋电子学和谷电子学器件的开发和研究提供理论支撑和设计思路。本论文的主要工作包括以下几部分:（1）通过研究面内双轴应力对单层MnPSe3的电子结构及磁性的影响,发现在13%的面内双轴拉伸应力下,单层MnPSe3从反铁磁性基态转变为铁磁性基态,并揭示了应力调控磁相转变的内在机制;（2）通过研究5d过渡金属元素掺杂单层MnPSe3的电子结构和磁性,发现特殊掺杂元素诱导的半金属性以及自旋与能谷的耦合。预测了Hg掺杂的单层MnPSe3是一种铁谷材料,在新型谷电子学器件中具有潜在的应用价值;（3）构建了二维MnPSe3/Mo S2范德华异质结构,观察到自旋和能谷自由度的耦合。通过相对平移两种单层材料,实现了能谷处自旋方向的反转;（4）研究了应力和电场对二维MnPSe3/Cr Si Te3范德华异质结构的电子结构的影响,发现了能带排布方式随外场变化而切换的规律,为构建基于该异质结构的新型电子学器件提供理论依据;（5）研究了单层MnPSe3/YMn O3异质结构的能谷极化及磁性,发现了铁电极化与能谷特性的耦合,揭示了电控能谷极化的物理机制。此外,利用磁电耦合效应实现了单层MnPSe3的磁性和导电特性的调控;（6）研究了二维CrI3/Ag Bi P2Se6范德华异质结构的电子结构,理论上预测了该异质结构中存在铁电、铁磁和铁谷特性的耦合,实现了能谷自由度的调控,为研究电场可控的反常谷霍尔效应提供新的材料体系。
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