【摘 要】
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二维纳米材料与体材料相比具有很多优异特性,将二维材料通过不同的方式堆垛在一起可以形成具有迷人特性的二维范德瓦尔斯异质结。实验和理论研究发现,可以通过多种不同的方法对二维范德瓦尔斯异质结进行电子和磁性特征调控,使其表现出新奇的电子和磁性特性,这样可以进一步拓展二维材料在自旋电子学和磁材料中的实际应用。本论文采用第一性原理计算首先研究BN/Graphene异质结和Zn O/Ga N异质结的电子性质,然
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二维纳米材料与体材料相比具有很多优异特性,将二维材料通过不同的方式堆垛在一起可以形成具有迷人特性的二维范德瓦尔斯异质结。实验和理论研究发现,可以通过多种不同的方法对二维范德瓦尔斯异质结进行电子和磁性特征调控,使其表现出新奇的电子和磁性特性,这样可以进一步拓展二维材料在自旋电子学和磁材料中的实际应用。本论文采用第一性原理计算首先研究BN/Graphene异质结和Zn O/Ga N异质结的电子性质,然后通过非补偿键合的方法在上述两种非磁性异质结中诱导磁性,主要内容如下:（1）磁化石墨烯作为自旋电子器件非常有应用前景的候选材料之一,其所具有的半金属或半导体特性是令人高度期望的。通过第一性原理的计算与进一步分析,发现含有三角形缺陷,发生非补偿键合的双层BN/Graphene异质结具有稳定的铁磁序,该异质结与实验上已经被成功制备出来发生补偿键合的双层BN/BN结构相似。更有趣的是,由于BN/Graphene异质结中所含有的三角形缺陷的尺寸大小不同,致使间隙中的非补偿缺陷态发生演变,但这种缺陷态的变化不会改变自旋极化的双层BN/Graphene异质结中所具有的二次和线性色散的自旋无带隙/自旋有带隙的半导体能带结构。并且发现此非补偿键合的BN/Graphene异质结中有质量或无质量的电子态与三角形缺陷锯齿形边沿的电子局部化程度密切相关。这些发现可能会为实现石墨烯的稳定磁化和调控其电子性质和磁性特性提供另外一种行之有效的策略。（2）基于BN/Graphene异质结中可以通过非补偿键合的方法诱导稳定的磁性,进一步研究这种方法和产生磁性的机制是否在非磁性Zn O/Ga N二维异质结中也起作用。首先研究它的电子性质,发现其具有直接半导体性质。进一步研究发现非补偿键合的Zn O/Ga N异质结中的三角形缺陷的形成能也随着缺陷尺寸的增加线性增加,与BN/Graphene异质结的形成能变化一致。但在非补偿键合的Zn O/Ga N异质结中,磁矩随着三角形缺陷尺寸的变化特征与BN/Graphene异质结情况完全不一致:Zn-N非补偿成键致使Zn O/Ga N异质结的磁矩随缺陷尺寸线性增加,而C-N非补偿成键致使BN/Graphene异质结中的磁性随着缺陷尺寸的增加呈现出震荡行为（尽管不能完全用Lieb’s定理解释）。这种迥异的磁性变化特征为非补偿键合的方法在非磁性二维异质结中精细调控诱导的磁矩提供了新的思路。
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