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    基于DFT研究新型自旋電子器件
    來源: | 作者:牧星科技成果轉化 | 發布時間: 2020-03-13 | 500 次瀏覽 | 分享到:
    基于DFT研究新型自旋電子器件

    課題編號

    ZD201
    6042

    課題名稱

    基于DFT研究新型自旋電子器件

    起止時間

    2016.01-2018.05

    下達單位

    省教育廳

    是否驗收

    驗收證書編號

    冀教科驗字[2018][181]

    課題主要簡介:

        本項目采用第一性原理的計算方法,對二維體系的MgO、SnO2、石墨烯、h-BN材料,以及c-ZrO2、HfO2、GaN等材料展開了電子結構方面的系統研究。研究發現,氧空位VO并不能在MgO表面引入局域磁矩,而鎂空位VMg是導致該體系d0鐵磁性的根源;元素C、N摻雜MgO表面的結果顯示N摻雜該體系比C更適合自旋電子材料;過渡金屬元素Co摻雜MgO表面能產生穩定的自旋電子態,而Ni元素不能引入局域磁矩;無論是Ni還是Co,當摻入體材料MgO中時均能引入局域磁性態。SnO2的非磁性摻雜結果表明無論是C元素還是N元素之間,不同距離的磁性耦合均為反鐵磁為主。石墨烯的Co、Ni摻雜研究表明,單摻情況下體系的基態均不是鐵磁的。Co、Ni無論是摻雜BN單層,還是ZrO2材料,只有Ni摻雜的材料適合做自旋電子器件。此外,對HfO2以及GaN的點缺陷也進行了較深入的研究。

    課題主要成果:
        
    對自旋作為信息載體的自旋電子器件展開相應的理論基礎研究,具體以二維結構為基本研究方向,系統的探索石墨烯、六方BN單層等材料的自旋電子特性,以及氧化物材料MgO、SnO2等存在的d0鐵磁性進行深入研究,并揭示這一現象的物理本質。本項目采用的基本研究手段為基于密度泛函理論  (DFT)的第一性原理計算方法,研究目標為研究相應材料的自旋輸運特性,進而為設計新型自旋電子器件,提供堅實的理論依據。
        
    本項目的創新性研究成果如下:
     
    1、首次系統的揭示了VMg空位在MgO001)表面引入的d0鐵磁性,并建立了相應的自旋電子模型;
     
    2、揭示了非磁性元素C、N以及過渡金屬元素Co、Ni等在MgO表面產生磁性的規律
     
    3、揭示了C、N等非磁性元素在SnO2表面的自旋作用機制;
     
    4、建立了Co、Ni等摻雜石墨烯、BN、ZrO2的鐵磁性機制;
     
    5、揭示了點缺陷對HfO2GaN材料的電子結構的影響情況;
        
    應當說我們的研究是嶄新的,研究成果達到了國際較高水準,且已發表在國際SCI期刊論文4篇。

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