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基于DFT研究新型自旋电子器件
来源: | 作者:牧星科技成果转化 | 发布时间: 2020-03-13 | 574 次浏览 | 分享到:
基于DFT研究新型自旋电子器件

课题编号

ZD201
6042

课题名称

基于DFT研究新型自旋电子器件

起止时间

2016.01-2018.05

下达单位

省教育厅

是否验收

验收证书编号

冀教科验字[2018][181]

课题主要简介:

    本项目采用第一性原理的计算方法,对二维体系的MgOSnO2、石墨烯、h-BN材料,以及c-ZrO2HfO2GaN等材料展开了电子结构方面的系统研究。研究发现,氧空位VO并不能在MgO表面引入局域磁矩,而镁空位VMg是导致该体系d0铁磁性的根源;元素CN掺杂MgO表面的结果显示N掺杂该体系比C更适合自旋电子材料;过渡金属元素Co掺杂MgO表面能产生稳定的自旋电子态,而Ni元素不能引入局域磁矩;无论是Ni还是Co,当掺入体材料MgO中时均能引入局域磁性态。SnO2的非磁性掺杂结果表明无论是C元素还是N元素之间,不同距离的磁性耦合均为反铁磁为主。石墨烯的CoNi掺杂研究表明,单掺情况下体系的基态均不是铁磁的。CoNi无论是掺杂BN单层,还是ZrO2材料,只有Ni掺杂的材料适合做自旋电子器件。此外,对HfO2以及GaN的点缺陷也进行了较深入的研究。

课题主要成果:
    
对自旋作为信息载体的自旋电子器件展开相应的理论基础研究,具体以二维结构为基本研究方向,系统的探索石墨烯、六方BN单层等材料的自旋电子特性,以及氧化物材料MgOSnO2等存在的d0铁磁性进行深入研究,并揭示这一现象的物理本质。本项目采用的基本研究手段为基于密度泛函理论  (DFT)的第一性原理计算方法,研究目标为研究相应材料的自旋输运特性,进而为设计新型自旋电子器件,提供坚实的理论依据。
    
本项目的创新性研究成果如下:
 
1、首次系统的揭示了VMg空位在MgO001)表面引入的d0铁磁性,并建立了相应的自旋电子模型;
 
2、揭示了非磁性元素CN以及过渡金属元素CoNi等在MgO表面产生磁性的规律
 
3、揭示了CN等非磁性元素在SnO2表面的自旋作用机制;
 
4、建立了CoNi等掺杂石墨烯、BNZrO2的铁磁性机制;
 
5、揭示了点缺陷对HfO2GaN材料的电子结构的影响情况;
    
应当说我们的研究是崭新的,研究成果达到了国际较高水准,且已发表在国际SCI期刊论文4篇。