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3d过渡金属Co掺杂核壳结构硅纳米线的第一性原理研究

廖建 谢召起 袁健美 黄艳平 毛宇亮

3d过渡金属Co掺杂核壳结构硅纳米线的第一性原理研究

廖建, 谢召起, 袁健美, 黄艳平, 毛宇亮
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了横截面为五边形和六边形的核壳结构硅纳米线的过渡金属Co原子替代掺杂. 通过比较形成能发现,核心位置掺杂、壳层单链掺杂以及外壳层全替代掺杂的硅纳米线都具有稳定性,其中核心位置掺杂结构的稳定性最高. 掺杂体系均呈现金属性,随着掺杂浓度的增加,电导通道数增加. Co原子掺杂的硅纳米线呈现铁磁性,具有磁矩. Bader电荷分析表明,电荷从Si原子转移至过渡金属Co原子. 与自由态时过渡金属Co原子的磁矩相比,体系中Co原子的磁矩有所降低,这主要是由Co原子4s轨道向3d/4p轨道的电荷转移以及4s,3d,4p的上自旋电子转移至下自旋导致的.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11374251,11101346)、湖南省教育厅科学研究基金(批准号:12K046,YB2011B029)和湖南省自然科学基金(批准号:12JJ9002)资助的课题.
    [1]

    Morales A M, Lieber C M 1998 Science 279 208

    [2]

    Tang Y H, Zhang Y F, Lee C S, Wang N, Yu D P, Bello I, Lee S T 1998 Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 526 73

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    Zhang J H, Gu F, Liu Q J, Gu B, Li M 2010 Acta Phys. Sin. 59 4226 (in Chinese) [张加宏, 顾芳, 刘清惓, 顾斌, 李敏 2010 物理学报 59 4226]

    [4]

    Liang W H, Ding X C, Chu L Z, Deng Z C, Guo J X, Wu Z H, Wang Y L 2010 Acta Phys. Sin. 59 8071 (in Chinese) [梁伟华, 丁学成, 褚立志, 邓泽超, 郭建新, 吴转花, 王英龙 2010 物理学报 59 8071]

    [5]

    Liang L, Xu Q F, Hu M L, Su H, Xiang G H, Zhou L B 2013 Acta Phys. Sin. 62 037301 (in Chinese) [梁磊, 徐琴芳, 忽满利, 孙浩, 向光华, 周利斌 2013 物理学报 62 037301]

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    Wang M L, Zhang C X, Wu Z L, Jing X L, Xu H J 2014 Chin. Phys. B 23 067802

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    Li D Y, Wu Y Y, Shi L 2003 Appl. Phys. Lett. 83 2934

    [13]

    Durgun E, Akman N, Ciraci S 2008 Phys. Rev. B 78 195116

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    Durgun E, Çakır D, Akman N 2007 Phys. Rev. Lett. 99 256806

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    Sen P, Glseren O, Yildirim T 2002 Phys. Rev. B 65 235433

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    Menon M, Andriotis N, Froudakis G 2002 Nano Lett. 2 301

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    Vila L, Vincent P, Pra L D D, Pirio G, Minoux E, Gangloff L, Demoustier-Champagne S, Sarazin N, Ferain E, Legras R, Piraux L, Legagneux P 2004 Nano Lett. 4 521

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    Blöchl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

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    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

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    Menthfessel M, Paxton A T 1989 Phys. Rev. B 40 3616

    [36]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

  • [1]

    Morales A M, Lieber C M 1998 Science 279 208

    [2]

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    Singh A K, Briere T M, Kumar V, Kawazoe Y 2003 Phys. Rev. Lett. 91 146802

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    Berkdemir C, Gleeren O 2009 Phys. Rev. B 80 115334

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    Vila L, Vincent P, Pra L D D, Pirio G, Minoux E, Gangloff L, Demoustier-Champagne S, Sarazin N, Ferain E, Legras R, Piraux L, Legagneux P 2004 Nano Lett. 4 521

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    Zhao L Y, Liao K, Pynenburg M, Wong L, Heinig N, Thomas J P, Leung K T 2013 ACS Appl. Mater. Inter. 5 2410

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    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-19
  • 修回日期:  2014-04-29
  • 刊出日期:  2014-08-05

3d过渡金属Co掺杂核壳结构硅纳米线的第一性原理研究

  • 1. 湘潭大学材料与光电物理学院, 微纳能源材料与器件湖南省重点实验室, 湘潭 411105;
  • 2. 湘潭大学数学与计算科学学院, 科学工程计算与数值仿真湖南省重点实验室, 湘潭 411105
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11374251,11101346)、湖南省教育厅科学研究基金(批准号:12K046,YB2011B029)和湖南省自然科学基金(批准号:12JJ9002)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了横截面为五边形和六边形的核壳结构硅纳米线的过渡金属Co原子替代掺杂. 通过比较形成能发现,核心位置掺杂、壳层单链掺杂以及外壳层全替代掺杂的硅纳米线都具有稳定性,其中核心位置掺杂结构的稳定性最高. 掺杂体系均呈现金属性,随着掺杂浓度的增加,电导通道数增加. Co原子掺杂的硅纳米线呈现铁磁性,具有磁矩. Bader电荷分析表明,电荷从Si原子转移至过渡金属Co原子. 与自由态时过渡金属Co原子的磁矩相比,体系中Co原子的磁矩有所降低,这主要是由Co原子4s轨道向3d/4p轨道的电荷转移以及4s,3d,4p的上自旋电子转移至下自旋导致的.

English Abstract

参考文献 (36)

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