【摘 要】
：
二维本征铁磁半金属,兼具铁磁性材料与半金属的性质,在自旋电子学领域有着不可估量的应用价值,也是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。然而,目前制备和预测出的本征二维铁磁性半金属非常少,且大多数居里温度低、磁各向异性能小,实际应用极其受限。所以寻找出具有高居里温度和大磁各向异性能的本征铁磁半金属材料,或者利用施外部应力、掺杂载流子、表面吸附和合金化等外部手段来调控已有材料的电子和磁性质使其获取上述优异
论文部分内容阅读
二维本征铁磁半金属,兼具铁磁性材料与半金属的性质,在自旋电子学领域有着不可估量的应用价值,也是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。然而,目前制备和预测出的本征二维铁磁性半金属非常少,且大多数居里温度低、磁各向异性能小,实际应用极其受限。所以寻找出具有高居里温度和大磁各向异性能的本征铁磁半金属材料,或者利用施外部应力、掺杂载流子、表面吸附和合金化等外部手段来调控已有材料的电子和磁性质使其获取上述优异性质的研究非常有意义和价值。本论文借助实验上首次成功制备的铁磁半导体CrI3单层和Cr2Ge2Te6单层为基底,与具有特殊电子构型的Mn原子进行非等价合金化,然后基于密度泛函理论计算合金化物电子结构和磁性质,同时对合金化物进行应力和载流子的调控及电子和磁性质研究,实现其半金属性质,进而揭示其优异电子性质和磁性能的物理机制,从而丰富二维半金属材料,为新型自旋电子学器件的开发和研究提供设计思路与理论指导。具体工作如下:（1）非等价合金化合物CrMnGe2Te6单层的本征铁磁半金属性基于第一性原理计算,系统研究了非等价合金化合物CrMnGe2Te6单层的结构、电子和磁性质。结果表明该单层是一个本征的铁磁半金属材料,拥有单胞2.175meV的面内MAE和高达185K的高居里温度（Tc）,其Tc近乎Cr2Ge2Te6单层的3倍多。这主要源于Te原子介导的90°超交换相互作用和基于体系中近邻Cr原子与Mn原子间刚好相差一个价电子的潜在的双交换相互作用的铁磁性耦合机制。另外,在1%～6%的拉伸应力调控范围内不仅其铁磁半金属性都得到了很好的保持,而且Tc和面内MAE值显示单调递增,且二者在6%的拉伸应力下可以分别达到255 K和3.340 meV/单胞。同时,对于载流子掺杂调控,除了掺杂0.5个电子下显示铁磁金属外,其他情况下的铁磁半金属性都得到了很好的保持。同时,根据二阶微扰理论,我们揭示了CrMnGe2Te6单层中较大的面内磁各向异性能主要来源于Te原子的〈py ↑ |Lx|pz ↑〉和〈py ↓ |Lx|pz↓〉轨道耦合和 Mn 原子〈dx2-y2↑|Lz|dxy↓〉和〈dx2-y2↓|Lz|dxy↑〉轨道耦合。显然,这些有意义的发现将对CrMnGe2Te6单层在自旋电子学领域的研究起到重要的作用。（2）非等价合金化合物CrMnI6单层的本征铁磁半金属性和大磁各向异性基于第一性原理计算,系统研究了非等价合金化合物CrMnI6单层的电子结构和磁性质,幸运地发现它是一种铁磁半金属材料,具有单胞36.75 meV大的面内MAE和高达145K的Tc,远高于单层CrI3（45K）的Tc值,这可能归因于其特殊的FM耦合机制,Cr和Mn原子拥有相差一个价电子的价态,其双交换相互作用可在超交换相互作用的基础上进一步稳定其FM状态,值得注意的是,在整个载流子掺杂范围内,CrMnI6单层除了 0.5个电子掺杂为铁磁半导体之外,其余均保持FM半金属性,且在-4%到6%的双轴应变范围内,FM半金属性也能保持。此外,它的面内MAE在各种应变和空穴掺杂条件下均可以保持,特别是在0.1空穴掺杂和6%拉伸应变下,其值可以提高到68.41和60.58 meV。对于电子掺杂,易磁轴实现了从平面内到平面外的转变。根据二阶微扰理论,CrMnI6单层较大的面内MAE可能主要来源于I原子的〈px↑|Lx|pz↑〉和〈px↓|Lx|pz↓〉轨道耦合和部分来源于Cr原子和Mn原子的〈dx2-y2 ↑ |Lz|dxy↓〉和〈dx2-y2 ↓|Lz|dxy ↑〉轨道耦合。该结果预示着CrMnI6单层将会是一个好的自旋电子器件候选材料。
其他文献
人类大脑具有高自适应性、高容错性、大并行性和高效能的信息处理能力。受大脑启发的神经形态计算系统的发展是突破“冯·诺依曼瓶颈”的有效方法。生物神经系统由用于计算、学习和记忆的中枢神经系统和用于接受、整合和传递外界刺激的感觉神经系统组成。它们共同控制着人类的行为和身体机能。发展人工神经器件使其同时具有这两者功能对于人工智能系统和仿生机器人的发展至关重要。近年来,利用忆阻器进行神经系统仿生已成为研究热点
随着我国市场经济的不断深化,大量的矿产资源型企业走出国门走向世界,而其中许多矿产资源型企业发展的核心战略就是海外并购。目前,在国家大力推进新能源汽车战略的时代背景下,我国对新能源汽车动力电池制造产业链上的重要矿产资源的需求快速增长。基于此背景,本文选取在新能源汽车电池原材料端的新时代“白色石油”锂矿资源型企业——天齐锂业为研究对象,其于2014年5月28日完成的海外“蛇吞象”式并购泰利森事件作为典
鉴于移动和无线通信的快速增长,人们的生活发生了巨大变化。信道编码是数字通信和数据存储的核心。传统的分组码和传统码通常用于数字通信。为了接近香农信道容量的理论极限,线性分组码的长度必须增加,这又使得解码器复杂度变高,并且可能使其在物理上不可实现。强大的LDPC码接近Shannon信道容量的理论极限,解码具有可行的复杂度。无线通信领域在范围和应用上都经历了惊人的增长。在噪声信道上以更可靠的方式发送和接
目的:本研究以首都国医名师杜怀棠教授治疗急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的经验方为基础,探讨益气清热、益气化瘀和益气逐饮治法对LPS诱导的ARDS大鼠模型肺组织的保护作用,以及对TLR4-NLRP3通路和炎性因子IL-1β、IL-18的影响。方法:动物分组:将30只SD大鼠随机分为5组,即空白对照组、模型组、益气清热组、益气化瘀组、益气逐饮组,每组6只,分别称量并记录。药物干预:空白对照组、模型组大
随着人工智能、云计算、物联网等新技术的快速发展,能够感知、记忆和处理光学信息的神经形态视觉系统是人工智能的核心技术。人工视觉系统作为人工智能的一个分支学科,已被用于图像识别、自动驾驶、智能机器人等领域。该系统不仅要求将光信号转化为电信号,还需要对输入的信息进行记忆学习、识别处理和预伤害处理。然而,由于冯·诺依曼架构下传统计算机中处理单元和内存物理分离以及需要额外传感器进行集成,当前的人工视觉系统难
钠离子电池（SIBs）、钾离子电池（PIBs）由于资源丰富、成本低廉、与锂离子电池（LIBs）具有相似“摇椅式”电化学原理等优点成为近年来的研究热点。但钠/钾离子半径较大使得高性能负极材料的研发成为了阻碍其发展的关键科学瓶颈。在众多的负极材料中,转换-合金双重机制负极材料由于基于多电子转移过程,因而可贡献高的可逆比容量与合适的工作电压。然而大的体积膨胀与差的电化学动力学行为是制约该类材料发展的关键
目的:通过观察针刺对急性脑缺血再灌注大鼠模型神经行为学、脑梗死体积、脑组织病理学变化、HIF-1α、NLRP3炎症小体及相关炎症指标（白介素1βIL-1β、肿瘤坏死因子αTNF-α）mRNA和蛋白表达的影响,探讨针刺调控HIF-1α/NLRP3炎症信号减轻脑缺血再灌注损伤的效应及作用机制。方法:研究采用改良的Longa线栓法建立急性脑缺血大鼠模型,于缺血2h后再灌注,建立脑缺血再灌注大鼠模型。干预
随着大数据、物联网和人工智能技术的发展,人类正在由工业经济向数字经济转变,不断涌现的大量信息数据需要高性能计算机进行处理。基于传统冯·诺依曼构架的数字计算机系统在存储与运算信息时不可避免的产生大量时间和功耗的冗余。发展可模仿人脑神经网络高度并行、存算一体和事件驱动等高效信息处理方式的神经形态计算技术为解决以上问题供了重要方案。忆阻器是一种具有电阻调控特性的两端电阻器件,具有功耗低、尺寸小、结构简单
铁电材料是一种极性材料,在一定温度范围内具有自发极化,且自发极化的状态可以随着外加电场的变化而改变,可用于铁电随机存取存储器和铁电场效应晶体管等多种器件之中。然而传统钙钛矿铁电氧化物中存在Si基器件兼容性差以及含Pb污染等问题,极大影响了器件的寿命和可靠性,严重限制了其在铁电存储器件中的进一步发展。近年来,HfO2基铁电薄膜因其与先进的互补氧化物半导体工艺的兼容性以及在厚度较小时仍然表现出良好铁电
二维材料因具有不同于块材的独特性质而被广泛研究。其中二维磁性半导体因同时具有磁性和半导体特性,在磁光、磁电、自旋电子学方面都有广泛应用。早期获得二维磁性半导体的方法是在非磁性半导体中掺杂磁性元素或引入空位缺陷,这种方法可控性差,难以实现大量且均匀的掺杂,从而导致材料磁性较弱、不均一、不稳定。因此急需寻找本征的二维磁性半导体材料。二维Cr I3和Cr Ge Te3的成功制备,掀起了本征二维磁性半导体