论文摘要
二维SnO是一种新型的二维半导体材料,具有宽禁带、稳定性好、载流子迁移率高及无毒性等特点,在纳米电子器件以及光电器件领域有着广泛的应用前景。目前,实验上已成功制备出SnO纳米线和薄层材料。研究表明,二维SnO具有较高的空穴迁移率(641 cm2V-11 s-1),是稳定的p型二维半导体材料,但是其本征非磁性极大地限制了SnO在自旋电子器件方面的应用。因此,本文采用第一性原理的计算方法,研究了二维SnO的非金属及3d过渡金属元素掺杂,并对双轴应变条件下二维SnO的电子结构和光学性质进行了研究。首先,我们通过自旋极化密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法,研究了3d过渡金属（TM）元素（Sc-Zn）替位掺杂对单层SnO电子结构和磁学性质的影响。为确保计算的可靠性,我们先对二维SnO原胞的电子结构,能带及电子态密度进行了理论计算。计算结果表明,二维本征SnO不显示磁性,过渡金属原子Sc、V、Cr、Mn、Fe、Co或Cu掺杂的单层SnO体系可以诱导出磁性,磁矩的大小由掺杂原子的种类决定。Sc、Co和Cu原子掺杂体系的磁矩为1?B,V和Mn原子掺杂体系的磁矩为3?B,Cr和Fe原子掺杂体系的磁矩为4?B。通过对过渡金属掺杂体系的能带和分波态密度研究发现,过渡金属原子掺杂后,在单层SnO的禁带中出现新的杂质能级,且磁矩主要来源于过渡金属原子3d轨道电子的贡献,部分来源于它与近邻的O原子的2p轨道之间的杂化。其次,我们采用同样的计算方法,研究了非金属元素（H,B-F,Si-S,As,Br,I）替位掺杂对单层SnO电子结构和磁学性质的影响。计算结果表明,非金属原子B或N掺杂单层SnO可以诱导出磁性,磁矩分别为0.84?B,0.44?B。在B-SnO掺杂体系中,磁矩主要来源于B-2p轨道和与之近邻的Sn-5p轨道的杂化耦合。在N-SnO掺杂体系中,磁矩主要来源于Sn-5p、O-2p和N-2p轨道的杂化耦合。进一步研究两个B或两个N原子掺杂单层SnO的磁耦合发现,双B原子掺杂SnO超原胞的C1构型最为稳定,双N原子掺杂SnO超原胞的C4构型最为稳定,且都呈现出顺磁性。形成能计算表明,富Sn条件下更易于实现双原子掺杂。这些理论计算结果将为掺杂SnO单层材料在光电子和自旋电子器件的潜在应用提供一定的理论参考。最后,我们探究了不同双轴应变对二维SnO材料的电子结构和光学性质的影响。对晶体的能带结构、态密度和介电函数进行了计算,并利用色散关系得出晶体的光学常数。研究结果表明:无应变时,二维SnO是宽禁带间接带隙的半导体,施加双轴应变可以使二维SnO带隙变窄,且相对于双轴压缩应变而言,双轴拉伸应变对二维SnO电子结构的影响更为明显。光子能量在020eV时,单层SnO的复介电函数、吸收系数、能量损失函数和消光系数等光学谱均受双轴应变的影响较大。双轴压应变使这些光学谱的峰位全部都向低能方向移动,而且第一个峰值有所升高;而双轴拉应变则使这些光学谱的峰位全部都向高能方向移动,且第一个峰值有所降低。同时双轴压应变使二维SnO的静态介电常数实部、静态折射率和反射率增大,拉应变使之降低,且相对于双轴拉伸应变而言,双轴压缩应变对二维SnO电子结构的影响更为明显。研究表明双轴应变可以有效调节二维SnO的电子结构和光学性质。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 安婷
导师: 张敏
关键词: 单层,第一性原理计算,掺杂,磁性,应变
来源: 内蒙古师范大学
年度: 2019
分类: 工程科技Ⅰ辑
专业: 化学
单位: 内蒙古师范大学
分类号: O649
总页数: 60
文件大小: 18096K
下载量: 124
相关论文文献
- [1].SnO薄膜在r面蓝宝石衬底上的外延生长及其性能研究[J]. 湖北大学学报(自然科学版) 2017(03)
- [2].新型层状结构SnO的合成、光学性质及其表面缺陷[J]. 半导体光电 2015(05)
- [3].基于SNO的网络舆情信息扩散模型构建分析[J]. 科技视界 2017(32)
- [4].B、N掺杂对单层SnO磁性影响的第一性原理研究[J]. 内蒙古大学学报(自然科学版) 2019(02)
- [5].不同温度热处理后SnO纳米薄膜对钛-瓷结合强度的影响[J]. 牙体牙髓牙周病学杂志 2016(08)
- [6].固体超强酸SO_4~(2-)/SnO_(2-)Al_2O_3催化合成香料己酸正辛酯[J]. 食品工业科技 2014(14)
- [7].SnO分子的X~1∑~+,a~3Π和A~1Π态的势能曲线与光谱性质[J]. 物理学报 2014(08)
- [8].SnO的歧化反应对SnTe热电性能的优化[J]. 无机材料学报 2019(03)
- [9].SnO(Sn)/泡沫镍整体催化剂的制备和催化活性[J]. 材料研究学报 2008(05)
- [10].射频反应溅射法制备SnO_(2-x)纳米薄膜的气敏特性研究[J]. 湛江师范学院学报 2009(03)
- [11].SnO催化合成偏苯三酸三辛酯[J]. 煤炭与化工 2015(07)
- [12].Al、In掺杂SnO半导体材料能带结构的理论计算[J]. 辽宁师范大学学报(自然科学版) 2019(03)
- [13].表面缺陷促进SnO微板在中性电解质中的电催化性能[J]. 河北工业大学学报 2018(06)
- [14].SnO_(2-x)/MoO_(3-y)制备及其拟过氧化物酶活性研究[J]. 苏州科技学院学报(自然科学版) 2016(04)
- [15].外场下SnO分子结构和特性研究[J]. 山东大学学报(理学版) 2014(01)
- [16].SnO_2电子结构及其光学特性的第一性原理计算[J]. 河南科技学院学报(自然科学版) 2011(01)