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多铁材料集多种铁序于一身,在信息存储、高效能电子器件等领域有着广阔的应用前景。随着近年来对二维材料研究的兴起,二维多铁材料因其有望解决半导体器件进一步小型化而产生的量子遂穿和热耗散问题而得到广泛关注。但是现实中完美的二维多铁材料尤其是同时具备铁电性和铁磁性的二维多铁材料十分罕见。在二维材料中如何通过掺杂、原子修饰、缺陷等手段来对材料进行改性,使其成为同时具有铁电性、铁磁性、半导体性等优良特性的功能材料就成了当前低维多铁材料研究的重要方向。最近,已经有试验通过Fe掺杂SnS2获得了铁磁性(Nature Communication2017,8,1958),同时也有很多通过氢原子、卤素原子修饰等方式在二维材料中引入铁序的工作被报导。本文通过第一性原理计算在理论上验证了可以分别通过3D过渡金属掺杂和卤素原子(F,Cl,Br)修饰在第IV主族金属硫族化合物(SnS,SnSe,GeS,GeSe)中实现“三铁性”多铁材料(铁电、铁磁/反铁磁、铁弹),并分析了其铁性之间的相互耦合以及相互调控的机制,给出了其作为非易失性存储器件的电“写”磁“读”的实现方式。 本文主要从以下方面展开叙述:第一章中主要介绍了多铁材料和二维材料的基本概念、研究背景、研究进展以及应用前景;第二章主要介绍材料计算模拟中常用的Hartree-Fork近似和密度泛函理论以及基于以上理论的软件包如Vasp和Materials Studio。第三章主要对第Ⅳ主族金属硫族化合物(SnS,SnSe,GeS,GeSe)进行3D过渡金属的掺杂研究,并对其磁性、电子结构以及多铁性质进行计算分析,得到了同时具备铁电、铁磁、铁弹的“三铁性”多铁材料,并且同时具备稀磁半导体特性,讨论了通过铁电、铁弹来调控其磁性的机制以及其作为非易失性存储器件电“写”磁“读”的实现方式;第四章主要讨论了通过卤素原子修饰在第IV主族金属硫族化合物(SnS,SnSe,GeS,GeSe)引入磁性的方式,理论计算结果说明通过卤素原子修饰同样能引入磁性且基态都呈现反铁磁性。以Cl原子修饰GeS为例,计算分析了其电子结构、磁性分布以及铁性之间的相互耦合。同时发现Cl原子修饰会增强其面内的铁电极化,且其铁弹性也得到保留。和第三章中相似的电“写”磁“读”的方式同样可以在该体系中实现,此外还可以通过外加电场驱动Cl原子的运动,进而带动磁性分布改变,达到电控磁的目的;第五章主要针对前面工作进行了总结,并就工作中存在的问题提出了下一步的研究目标。