非磁性离子氧化物、氮化物与硫化物铁磁性质的研究

不含磁性离子氧化物、氮化物与硫化物薄膜或纳米粒子具有磁性转变温度高于室温的各向异性铁磁性，其铁磁性起源不同于传统的铁磁性物质。本项申请拟采用基于密度泛函的能带论，通过对由supercell模拟的有缺陷晶体、薄膜和纳米粒子的计算确定表面和相关缺陷对不含磁性离子氧化物、氮化物与硫化物体系电子态、能带结构等的影响,研究表面及其结构的稳定性及缺陷的稳定性、扩散等性质和表面原子与缺陷产生磁矩的机制，确定两磁矩间交换作用与两表面原子或缺陷距离、位置等的关系及产生铁磁耦合所需的表面原子和缺陷浓度。将计算结果与实验数据相结合弄清楚不含磁性离子氧化物、氮化物与硫化物的磁性与表面原子和缺陷的关系。在此基础上说明产生高磁性转变温度铁磁性的机制及磁性的各向异性。这将助于我们更深入地认识物质的磁性，对物质磁性的研究和新磁性材料的探索有积极的意义。

为探索非磁性离子氧化物、氮化物与硫化物d0铁磁性的机制及调控半导体氧化物、氮化物、单层过渡金属二硫化物和氮族的单层磷烯和砷烯等的磁性。本项目采用基于密度泛函的能带理论，计算研究了正分比和缺氧的金红石型SnO2和TiO2（110）、（100）、（101）及（001）面的电子结构和磁性、B和N空位缺陷对六角、菱方、立方和纤锌矿氮化硼（BN）体系电子结构和磁学性质的影响、应变对含有实验观测的空位与反位缺陷的单层MoS2磁性的影响与调控、非磁性金属元素替代掺杂缺陷对SnO2和AlN磁性的影响与调控、非金属原子替代掺杂缺陷对单层磷烯和单层砷烯磁性的影响与调控以及金属原子替代掺杂缺陷对单层ZrS2和CrS2磁性的影响与调控。研究结果表明：实验观测的TiO2与SnO2纳米颗粒和薄膜的d0铁磁性分别来源于表面电中性的氧空位缺陷和表面带电荷的氧空位缺陷；实验观测的含有缺陷h-BN和r-BN的d0铁磁性来源于其中B空位缺陷；对含有空位VS、VS2、VMoS3或反位缺陷的单层MoS2分别施加10%或8%的各向同性张应变，体系由非磁性态变为磁性态；Zn和Cd掺杂的SnO2和Li，Na和K掺杂的AlN的基态是铁磁性的；Li、V、Cr、Fe、Co、Nb和Mo替代掺杂的单层ZrS2可以产生室温铁磁性；O、S、Se、C和Si的替代掺杂可在单层磷烯和单层砷烯产生磁性，磁矩主要起源于C和Si 或O、S和Se 周围磷（砷）原子没有参与成键的p电子。这些研究及其结果不仅有助于深入地认识物质的d0铁磁性，而且为在半导体氧化物、氮化物、单层过渡金属二硫化物和氮族的单层磷烯和砷烯中引入和调控磁性提供了有效的理论预测与指导，这对物质磁性的研究和自旋电子学材料的探索具有积极的意义。