嵌入 Fe 原子的石墨相氮化碳单层的第一性原理研究

采用带自旋极化的广义梯度近似和 Hubbard $U$ 修正的密度泛函理论计算，研究了在双轴拉伸应变和施加垂直电场下嵌入 $\mathrm{Fe}$ 原子的石墨相七嗪的力学、结构、电子和磁性质。发现嵌入 $\mathrm{Fe}$ 原子的七嗪体系的结合能随施加更大拉伸应变而减小，随施加更大电场强度而增大。我们的计算还预测在 5 拉伸应变峰值处出现带隙，但以体系的结构稳定性为代价。5 拉伸应变下的带隙打开是由于边缘氮原子的孤对电子与 Fe 原子的 $\mathrm{d}_{{xy}}/\mathrm{d}_{x^2-y^2}$ 轨道之间的空腔中的排斥效应导致结构畸变，从而迫使未占据的 $\mathrm{p}_z$-轨道向更高能量移动。在高达 10 $\mathrm{V/nm}$ 峰值的垂直电场下，嵌入 $\mathrm{Fe}$ 的七嗪体系的电子和磁性质尽管结构明显屈曲，但仍得到良好保持。这些性质可能适用于稀磁半导体、自旋电子学和传感设备。