从第一性原理看菱面体堆叠多层石墨烯中磁性能隙的打开

我们通过包含精确交换的第一性原理计算，研究了菱面体堆叠多层（三至八层）石墨烯中磁性和电荷密度波不稳定性的出现。忽略自旋极化时，在布里渊区特殊点K处出现一条以费米能级为中心的极其平坦的表面能带。自旋极化通过稳定一个反铁磁态，在该表面态中打开一个能隙。顶层和底层表面层在面内呈弱亚铁磁性（净磁化强度小于10⁻³μ_B），并且彼此之间反铁磁耦合。这种耦合通过最近邻之间的面外反铁磁耦合传播。在自旋极化广义梯度近似中，该能隙非常小，而在杂化泛函中，它与精确交换的量成正比。对于三层菱面体石墨烯，在PBE0中该能隙为38.6 meV，与实验中发现的42 meV能隙一致。我们研究了磁性能隙对温度和掺杂的依赖性。在电子掺杂浓度n ~ 7 × 10¹¹ cm⁻²时，能隙闭合。具有√3×√3周期性的电荷密度波不稳定性不会发生。