新型二维氮族材料磁性的量子设计研究

The application of nanomaterials in magnetic field receives more and more attentions. The device that was made by magnetic nanomaterials has broad application prospects, such as information field, medicine field, biology field, environment field and so on. However, in order to achieve the effective application of nanomaterials in these fields, the precondition is that nanomaterials must have certain magnetism. Unfortunately, from two-dimensional nanomaterials' point of view, almost all of the two-dimensional nanomaterials are nonmagnetic. This fact severely limits the application of two-dimensional nanomaterials in magnetic field. Thus, this project, taking nonmagnetic two-dimensional nitrogen-group materials as an example, via the calculations based on first-principles, explores the design of magnetism on two-dimensional nanomaterials. Four effectively methods including doping transition-metallic atoms, inducing defects, functionalizing surfaces, and interacting with transition-metallic substrates will be used in this project to induce and modulate the magnetism of two-dimensional nanomaterials, and the inherent physical mechanism for the origin of magnetism will be effectively analyzed and clarified. Our project will give a solid theoretical foundation for the application of two-dimensional nanomaterials in magnetic field.

纳米材料在磁性领域的应用越来越受到人们的关注。由磁性纳米材料制备的器件在信息、医学、生物、环境等各个领域具有广泛的应用前景。然而，要实现纳米材料在这些领域的有效应用，其前提是纳米材料必须含有一定的磁性。不幸的是，对于二维纳米材料而言，几乎所有的二维纳米材料都是非磁性的。这一事实严重地限制了二维纳米材料在磁性领域的应用。因此，本项目将以非磁性的二维氮族材料为例，通过第一性原理的计算，对二维纳米材料进行磁性设计研究。本项目将从过渡金属原子的掺杂、缺陷的引入、表面的修饰、过渡金属衬底的作用这四个方面对二维纳米材料的磁性进行引入和调控，同时将有效地分析和阐明使二维纳米材料产生磁性的内在物理机制。本项目的研究将为新型二维纳米材料在磁性领域的应用提供重要的理论基础。

纳米材料在磁性领域的应用越来越受到人们的关注。由磁性纳米材料制备的器件在信息、医学、生物、环境等各个领域具有广泛的应用前景。然而，要实现纳米材料在这些领域的有效应用，其前提是纳米材料必须含有一定的磁性。不幸的是，对于二维纳米材料而言，大多数的二维纳米材料都是非磁性的。这一事实严重地限制了二维纳米材料在磁性领域的应用。本项目通过第一性原理计算，对非磁性的二维氮族纳米材料进行了磁性设计研究。我们通过过渡金属原子的掺杂、缺陷的引入、表面的修饰、过渡金属衬底的作用，这四个方面对二维氮族纳米材料的磁性进行引入和调控。我们发现大多数的过渡金属原子的掺杂和缺陷的引入可以有效的调节二维氮族纳米材料的磁性，并且使它们产生新的电子相；表面的修饰和过渡金属衬底对调节二维氮族纳米材料磁性的贡献较小，然而它们能够使二维氮族纳米材料产生新的电子相。此外，我们还预测了两个二维铁磁材料，NiX2（X=Cl、Br），和一个二维反铁磁材料，MnN。我们发现，它们的磁性和电子特征可以通过应力进行进一步的调控。我们希望本项目的研究能为新型二维纳米材料在磁性领域的应用提供一些理论基础。