氮掺杂金刚石的磁性：第一性原理研究
材料科学
2025-05-08 v1
摘要
在密度泛函理论方法的框架内，研究了氮掺杂金刚石体系的磁学和电学性质。自旋极化计算表明，只有具有相邻碳空位的氮掺杂体系（NV 中心）才能在氮掺杂金刚石中产生稳定的磁性。诱导磁矩的大小随着体系中 NV 中心数量的增加而线性增加。这一结果解释了早期实验报告中关于氮掺杂纯金刚石中非常规磁性的现象。空位相邻的三个碳原子的 2p 轨道电子对体系中的磁矩有贡献。值得注意的是，金刚石晶格位置上的孤立氮原子未能诱导出任何显著的磁矩，而碳空位和氮间隙位则能在金刚石体系中诱导出磁矩。此外，NV 中心体系具有 p 型半导体特性，使其成为自旋电子学应用的潜在候选者。为了量化不同体系的可行性，我们计算了每种结构的磁矩、基态自由能、费米能和缺陷形成能。
引用
@article{arxiv.2505.04064,
title = {Magnetic properties of nitrogen doped diamond: A first principles study},
author = {Homnath Luitel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.04064},
year = {2025}
}