石墨烯中替代性金属杂质的第一性原理研究:结构、电子和磁性
介观与纳米尺度物理
2015-05-14 v1 材料科学
摘要
我们利用密度泛函计算,对3d过渡金属、贵金属和Zn原子与石墨烯中碳单空位相互作用的结构、电子和磁性进行了理论研究。我们特别关注这些替代性杂质的电子和磁性,并发现它们可以通过一个基于金属原子态(特别是d壳层)与未重构D3h碳空位相关的缺陷能级之间杂化的简单模型得到完全理解。我们识别出与不同碳-金属杂化电子能级占据相关的三种不同状态:(i) Sc和Ti的成键态完全填满,这些杂质是非磁性的;(ii) V、Cr和Mn的非键d壳层部分占据,相应地,这些杂质呈现大的局域自旋矩;(iii) Co、Ni、贵金属和Zn的反键态(碳特征逐渐增强)被逐步填充。这些杂质的自旋矩在0到1玻尔磁子之间振荡,并且越来越离域。替代性Zn经历了C3v对称性的类Jahn-Teller畸变,因此具有零自旋矩。Fe位于状态(ii)和(iii)之间的边界上,表现出更复杂的行为:虽然在GGA计算水平上是非磁性的,但其自旋矩可以通过使用中等U值的GGA+U计算来开启。
引用
@article{arxiv.0910.0400,
title = {First-Principles Study of Substitutional Metal Impurities in Graphene: Structural, Electronic and Magnetic Properties},
author = {Elton J. G. Santos and Andres Ayuela and Daniel Sanchez-Portal},
journal= {arXiv preprint arXiv:0910.0400},
year = {2015}
}
备注
13 figures, 4 tables. Submitted to Phys. Rev. B on September 26th, 2009