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单层正三角锯齿型石墨烯量子点的电子结构和磁性

潘洪哲 徐明 陈丽 孙媛媛 王永龙

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单层正三角锯齿型石墨烯量子点的电子结构和磁性

潘洪哲, 徐明, 陈丽, 孙媛媛, 王永龙

Electronic structure and magnetism of single-layer trigonal graphene quantum dots with zigzag edges

Wang Yong-Long, Pan Hong-Zhe, Xu Ming, Chen Li, Sun Yuan-Yuan
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  • 采用基于密度泛函理论的广义梯度近似(GGA),对不同尺寸(N=2—11)的单层正三角锯齿型石墨烯量子点(ZN -GNDs)的结构进行优化,得到与实验数据较好符合的晶格常数,进一步计算得到不同尺寸下体系的自旋多重度、磁矩、电子态密度以及自旋电子密度.结果表明:所有体系都呈现金属性,在尺寸较小的体系中量子尺寸效应对电子结构的影响比较明显;与单层石墨烯片一样,sp2杂化作用和非键态电子在量子点中仍起到非常重要的作用;费米能级上有自旋向上的电子分布,体系的
    The geometry, spin multiplicity, magnetic moment, electronic density of states and the spin density of single-layer trigonal graphene quantum dots with zigzag edges have been systematically investigated using density functional theory with the generalized gradient approximation under different sizes. The calculated results such as lattice constants are in good agreement with experimental data and indicate that the system behaves like metal, while the electrons with up spins occupy the Fermi energy. The influence of quantum size effect is remarkable in the system of small size. It is also found that the sp2 hybridization and nonbonding electrons play an important part in the single-layer trigonal graphene quantum dots, just like in graphene. The spin multiplicity and magnetic moment of the system increase with the increase of the system size. Based on our calculation, the total magnetic moment of the system mainly comes from the nonbonding electrons on the 2p orbital of the zigzag boundary. Our calculation may be helpful in designing devices based on trigonal graphene quantum dots.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10974076)和山东省自然科学基金(批准号: Y2008A14)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-01-05
  • 修回日期:  2010-01-18
  • 刊出日期:  2010-09-15

单层正三角锯齿型石墨烯量子点的电子结构和磁性

  • 1. (1)临沂师范学院理学院,临沂 276005; (2)临沂师范学院理学院,临沂 276005;四川师范大学物理与电子工程学院和固体物理研究所,成都 610068; (3)四川师范大学物理与电子工程学院和固体物理研究所,成都 610068
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10974076)和山东省自然科学基金(批准号: Y2008A14)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的广义梯度近似(GGA),对不同尺寸(N=2—11)的单层正三角锯齿型石墨烯量子点(ZN -GNDs)的结构进行优化,得到与实验数据较好符合的晶格常数,进一步计算得到不同尺寸下体系的自旋多重度、磁矩、电子态密度以及自旋电子密度.结果表明:所有体系都呈现金属性,在尺寸较小的体系中量子尺寸效应对电子结构的影响比较明显;与单层石墨烯片一样,sp2杂化作用和非键态电子在量子点中仍起到非常重要的作用;费米能级上有自旋向上的电子分布,体系的

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