Fe原子單層-石墨烯混合結(jié)構(gòu)的物性研究.pdf

1、石墨烯(graphene)是由碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料,是一種帶隙為零的非磁性半導(dǎo)體材料.石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能,在高性能納米電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器及能源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景.
　　本文利用基于密度泛函理論的全勢線性綴加平面波(FLAPW)方法結(jié)合廣義梯度近似(GGA),研究Fe原子單層/石墨烯混合結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)和磁性等物性.我們考慮了三種結(jié)構(gòu)的Fe原子單層/石墨烯混

2、合結(jié)構(gòu),即Fe原子單層吸附在石墨烯表面(Fe/G)、Fe原子單層被夾在兩個(gè)石墨烯之間(G/Fe/G)、石墨烯被夾在兩個(gè)Fe原子單層之間(Fe/G/Fe)等三種結(jié)構(gòu).通過體系總能量隨鐵原子單層與石墨烯之間的距離的變化得到了Fe原子單層與石墨烯之間的最優(yōu)化晶格常數(shù).計(jì)算得到的Fe/G，G/Fe/G和Fe/G/Fe結(jié)構(gòu)最優(yōu)化晶格常數(shù)分別為1.662A,1.889A和2.408A,此時(shí)Fe原子的磁矩分別是2.555μB,2.605μB和3.10

3、6μB,而石墨烯中碳原子具有-0.039μB,-0.005μB和0.007μB的誘導(dǎo)磁矩.三種結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)e原子的磁矩主要來源于它們3d電子的貢獻(xiàn),而s、p電子的貢獻(xiàn)很小，C原子的磁矩主要來源于2p電子的貢獻(xiàn)，C原子和Fe原子的sp-d軌道存在雜化.從能帶圖可以發(fā)現(xiàn)石墨烯中位于K點(diǎn)處的狄拉克點(diǎn)在Fe/G結(jié)構(gòu)的自旋向上能帶中沒有發(fā)生移動(dòng),而在自旋向下能帶中位于費(fèi)米能級(jí)上方;在G/Fe/G結(jié)構(gòu)的自旋向上能帶中K點(diǎn)費(fèi)米能級(jí)處依然具有石墨烯中狄拉