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

是

驗收證書編號

冀教科驗字[2018]第[181]號

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MgO（001）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HfO2及GaN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。