高稳定性锯齿形石墨烯量子点中的强边缘磁性与可调能隙
材料科学
2017-11-01 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
石墨烯是一种非磁性半金属，不能直接用作电子或自旋电子器件。我们证明，由于局域边缘态的存在，石墨烯量子点（GQDs）可表现出强边缘磁性与可调能隙。通过大规模第一性原理密度泛函理论（DFT）计算及基于模型 Hamiltonian 的详细分析，我们表明 GQDs 中的锯齿形边缘态随体系尺寸增大而变得更强且更局域化。增强的边缘态在 GQDs 边缘诱导出强电子-电子相互作用，最终当直径大于 4.5 nm 时导致从非磁性到边内铁磁与边间反铁磁的磁性相变。我们的分析表明，GQDs 中两条最近邻锯齿形边缘间反铁磁态的间边超交换相互作用，远强于 GQDs 与石墨烯纳米带中两条平行锯齿形边缘间存在的相互作用。此外，这种强而局域的边缘态还诱导 GQDs 成为具有可调能隙的半导体，主要由调节体系尺寸控制。我们的结果表明，量子限域效应、间边超交换（反铁磁）与边内直接交换（铁磁）相互作用对纳米尺度锯齿形 GQDs 的电子与磁学性质至关重要。
引用
@article{arxiv.1710.11300,
title = {Strong Edge Magnetism and Tunable Energy Gaps in Zigzag Graphene Quantum Dots with High Stability},
author = {Wei Hu and Yi Huang and Lin Lin and Erjun Kan and Xingxing Li and Chao Yang and Jinlong Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.11300},
year = {2017}
}
备注
5 pages, 4 figure