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过渡金属原子链对双层石墨烯纳米带的电磁性质的调控

作者: 解忧 [1] 张卫涛 [1] 曹松 [1] 吴秀 [1] 庞绍芳 [1] 张建民 [2]

关键词: 双层石墨烯纳米带 过渡金属 电子结构 磁性 第一性原理

摘要:采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)原子链对AB型双层石墨烯纳米带(BGR)结构和电磁性质的调控规律.所有吸附体系都能够形成稳定结构[GTMG].对于不同TM,V吸附BGR体系最为稳定.对于原子链吸附在BGR不同位置,边缘吸附时稳定性最高.电荷从TM原子链转移到近邻碳原子,形成的离子键有助于增强复合体系的稳定性.TM原子链吸附在BGR不同位置上,导致了不同的电子结构和磁性.形成的复合体系中[GCrG]2、[GCrG]1、[GMnG]2、[GMnG]4、[GFeG]1和[GCoG]2体系具有半金属特性,其他体系具有半导体或金属性质.Ni原子吸附体系的磁矩为零.V原子链吸附在纳米带最边缘位置时磁矩较小,其他位置的磁矩均为零.复合体系[GTMG] (Mn、Fe、Cr、Co)的磁性较强且其磁矩大小按照Mn、Fe、Cr、Co的顺序降低,原子链中两个不同位置(A类和B类)原子的磁矩呈现明显的边缘效应.研究结果表明,结构稳定性、电子性质和磁性均与双层石墨烯纳米带的边缘效应有关,这种边缘效应带来了丰富的电磁性质,能够扩展石墨烯的应用范围.


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