碳基纳米材料自旋特性调控研究

The research on the application of the graphene-based nanomaterials in spintronics is still in the exploratory stage. Theoretical studies on this aspect is very important for finding new graphene-based nanomaterials on spintronics, which is the purpose of is the project. We will focus on the application of the different graphene-based nano-materials in the field of spintronics by using the first-principles calculation method. We will study the electronic, magentic and transport peroperties of the graphene nanoribbons with different structures and topological defects in theory.

石墨烯纳米材料的自旋电子特性调控研究目前还处于探索阶段，而有关的理论研究也是此类材料在自旋电子学领域能否实用化的先决条件，本项目正是基于这样的研究现状而提出的。我们将运用第一性原理的计算方法研究不同结构的石墨烯纳米材料在自旋电子领域应用的可行性。我们将主要以实验上可控的zigzag型石墨烯纳米带的半金属特性调控、chiral型石墨烯纳米带的自旋特性调控、拓扑结构缺陷对石墨烯纳米带自旋输运性质的影响等物理问题为切入点，从理论的角度系统研究不同结构的石墨烯纳米材料在自旋电子学方面的可能应用，为石墨烯纳米材料在自旋电子学领域的应用奠定理论基础。

利用第一性原理的方法研究了几种基于碳基纳米材料的物理特性，特别是磁学性质，并研究了其磁性来源，并且提出了通过外界手段来控制其自旋特性的理论实验方案。.1）.利用自旋极化的密度泛函理论系统地研究了[-H-F-]n链吸附的zigzag型石墨纳米带的能带结构。我们发现可以[-H-F-]n链的偶极矩相对于一个恒定的外加电场的作用，当zigzag型石墨纳米带的宽度增加到N=11时，zigzag型石墨纳米带就会变成半金属的；.2）.系统的研究了H原子饱和修饰的C3N4纳米带的半金属特性，其半金属特性的起源与H原子修饰边界上的N原子，主要改变了C3N3环中的电荷分布，从而导致了磁性，并且对其稳定性和合成方案提出了一定的建议；.3）.基于第一性原理计算发现zigzag型黑磷纳米带在fermi面上存在一个半满的单带，我们发现zigzag型黑磷纳米带的基态是一个反铁磁的半导体，而不是之前认为的金属，并且验证zigzag型黑磷纳米带的一些基本特性，如带隙，磁矩大小，反铁磁-铁磁能量差基本是不随带宽变化而变化的。同时我们还研究了压缩应变对zigzag型黑磷纳米带磁性的影响，发现存在一个临界应变使得磁性消失。