张华林 何鑫 张振华

(长沙理工大学物理与电子科学学院, 长沙 410114)

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了掺杂铁、钴和镍原子的锯齿型磷烯纳米带(ZPNR)的磁电子学特性.研究表明, 掺杂和未掺杂ZPNR 的结构都是稳定的.当处于非磁态时, 未掺杂和掺杂钴原子的ZPNR 为半导体, 而掺杂铁或者镍原子的ZPNR 为金属.自旋极化计算表明, 未掺杂和掺杂钴原子的ZPNR 无磁性, 而掺杂铁或者镍原子的ZPNR 有磁性, 但只能表现出铁磁性.处于铁磁态时, 掺杂铁原子的ZPNR 为磁性半导体, 而掺杂镍原子的ZPNR 为磁性半金属.掺杂铁或者镍原子的ZPNR 的磁性主要由杂质原子贡献, 产生磁性的原因则是在ZPNR 中存在未配对电子.掺杂位置对ZPNR 的磁电子学特性有一定的影响.该研究对于发展基于磷烯纳米带的纳米电子器件具有重要意义.

1 引 言

最近, 实验上通过机械剥落方法从块体黑磷分离出来一种新的二维材料—磷烯[1,2], 立即受到普遍关注.研究者从施加应力[3−6]、引入缺陷[7,8]、表面吸附[8−10]和取代掺杂[10−15]等几个角度出发,对磷烯进行了广泛地研究.结果表明, 磷烯具有优越的电子特性, 在未来纳米电子学中具有广阔的应用前景[16−19].通过裁剪二维磷烯, 可以获得准一维的磷烯纳米带(PNR).根据边缘结构不同, PNR分为锯齿型磷烯纳米带(ZPNR)和扶手椅型磷烯纳米带(APNR).裸边ZPNR 为金属, 且与纳米带的宽度无关; 而裸边APNR 为间接带隙半导体, 其带隙随纳米带宽度的增加而减少[20−22].边缘氢饱和后, ZPNR 转变为近直接带隙的半……