2p电子磁性材料的设计与模拟研究

2p电子磁性材料的研究是目前凝聚态物理、自旋电子学材料和纳米材料物理共同关心的热门课题。它利用C-、N-、O-2p 电子轨道的局域特性和弱自旋-轨道相互作用的特点来构成新型磁性材料，以克服传统稀磁掺杂半导体材料所表现出的不足（包括磁性掺杂原子聚集所产生的非内秉磁性，强的自旋-轨道相互作用所导致的自旋弛豫时间短等）。本课题采用密度泛函理论和蒙特卡洛方法系统研究磁性碳原子链、磁性三角片（石墨稀三角片、BN单原子层三角片、C-BN杂化的三角片以及ZnO三角片等）之间的磁耦合、稳定性、组装以及磁性随温度的变化特性，优化2p磁耦合连接体、优化磁性纳米结构单元的组装方式及其稳定性。通过电荷-自旋的协同作用，调控组装材料微观结构、电子学特性和磁性质，构建结构稳定、磁性可控的周期性体系，以期为2p电子磁性材料的应用和器件化提供物理基础。本项目具有高度的前沿性和交叉性。

2p 电子磁性材料具有独特的物理化学特性包括：弱的自旋-轨道相互作用，长的极化电流弛豫时间，以及良好的生物相容性，从而成为当今材料物理和纳米科学研究的前沿课题之一。在基金委的资助下（基金号：11174014），我们着重在以下五个方面开展了研究：（1）碳基磁性单元组装材料：把磁性石墨烯三角片和磁性碳链通过选择适当的连接体组装成二维磁性结构；（2）把磁性SiC三角片通过选择适当的连接体组装成二维磁性结构；（3）硅烯在超卤簇分子的修饰下所产生的诱导磁性；（4）sp非金属元素所形成结构的金属性；（5）一些类石墨烯结构的稳定性，能带调控，磁性及热电性能。这些研究不仅深化了对sp 电子磁性的认识和理解， 而且拓宽了新型磁性材料材料在工程技术中的潜在应用。本项目共发表有标注的SCI学术论文24篇其中有3篇封面文章，产生了良好的国际影响。