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摘 要

石墨烯、氮化硼、黑磷等二维材料因具有很多优良的物理、 化学特性，获得了人们的广泛关注。然而，这些材料都不具有磁性，这限制了其在自旋电子器件中的应用。二维Fe₃GeTe₂具有优良的电学性能和磁学性能，以及更接近室温的居里温度，在纳米电子器件方面拥有更好的应用前景。在二维材料的制备过程中，由于生长的不完善，缺陷尤其空位缺陷十分容易出现。同时，缺陷也是调控二维材料电学和磁学性质的有效手段。因此研究缺陷对Fe₃GeTe₂电磁学性质的影响就显得尤为重要。

本文基于第一性原理，研究了缺陷对Fe₃GeTe₂电磁学性质的影响，计算结果表明，所有空位缺陷的形成都需要消耗一定能量，Te空位缺陷最易形成，Fe1空位缺陷最难形成。通过比较三种Fe₃GeTe₂超胞，发现形成能趋势均符合Fe1缺陷gt;Fe2缺陷gt;Ge缺陷gt;Te缺陷的规律。此外，在Fe₃GeTe₂结构中，随着缺陷浓度降低，空位对Fe₃GeTe₂磁矩的影响越来越小。

关键词：二维材料 Fe₃GeTe₂ 第一性原理 缺陷 电学性质 磁学性质

Theoretical study on defect regulation of electronic structure of BCN two-dimensional materials

Abstract

Because of their excellent physical and chemical properties ，graphene, boron nitride, black phosphorus and other two-dimensional materials have been widely concerned. Fe₃GeTe₂ ，as a new kind of two-dimensional material，come into people's field of vision. Due to the excellent electrical properties of two-dimensional Fe₃GeTe₂ and its Curie temperature is closer to room temperature, Fe₃GeTe₂ can replace the traditional two-dimensional materials and has a better application prospect in nanoscale electronic devices. In the process of two-dimensional material preparation, defects, especially vacancy defects, are easily to appear, due to imperfect growth. In the preparation of two-dimensional materials, defects, especially vacancy defects, are very easy to appear due to the imperfect growth. At the same time, defects are also effective means to control the electrical and magnetic properties of two-dimensional materials. Therefore, it is very important to study the influence of defects on the electromagnetic properties of Fe₃GeTe₂.

Based on the first principle, this paper studies the influence of defects on the electromagnetic properties of Fe₃GeTe₂. The calculation results show that the formation of all vacancy defects needs to consume a certain amount of energy. The Te vacancy defects are most easily to form and Fe1 vacancy defects are the most difficult to form. By comparing three kinds of Fe₃GeTe₂ supercells, it is found that the trend of formation energy conforms to the rule of Fe1 defect gt; Fe2 defect gt; Ge defect gt; Te defect. In addition, in the Fe₃GeTe₂ structure, with the decrease of defect concentration, the effect of vacancy on the magnetic moment of Fe₃GeTe₂ becomes smaller and smaller.

Key Words: Two dimensional materials, Fe₃GeTe_2, First Principle, Defects, electronic property, magnetic property

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 Fe₃GeTe₂的相关介绍 1

1.2.1 概念 1

1.2.2 结构和特性 2

1.3 研究现状 2

1.4 本次课题研究目的、意义和内容 3

1.4.1 研究的目的和意义 3

1.4.2 主要研究内容 4

第二章 基础理论和计算原理 5

2.1 理论基础 5

2.1.1 密度泛函理论 5

2.1.2 第一性原理 5

2.2 计算与分析软件 5

2.2.1 MS软件 5

2.2.3 Origin软件 6

2.3 本课题采用的研究手段 6

第三章 二维本征Fe₃GeTe₂的电子结构 7

3.1 模型和计算方法 7

3.2 结果与讨论 7

3.2.1 模型结构 7

3.2.2 分态密度图 7

3.3 小结 9

第四章 空位缺陷对Fe₃GeTe₂磁学性质的影响 10

4.1 模型和计算方法 10

4.2 结果与讨论 10

4.2.1 空位的形成能 10

4.2.2 空位的磁学性质 12

4.2.3 空位的电子结构 13

4.3 不同空位浓度对Fe₃GeTe₂空位磁学性质的影响 14

4.3.1 模型与计算方法 14

4.3.2 缺陷浓度对形成能的影响 14

4.3.3 缺陷浓度对磁矩的影响 16

4.4 小结 16

第五章 总结与展望 17

5.1 总结 17

5.2 展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 绪论

引言

由于现代工业技术的高速发展，尤其是以计算机为代表的具有高集成度的应用的发展，人们对纳米器件的运用提出了越来越高的要求。而纳米器件的发展程度极大地依赖其生产工艺的进步与制作材料的突破。在这个关键的节点，作为一种新型二维材料^[1] ，石墨烯登上了历史舞台。从诞生开始，石墨烯^[2]就被国内外的广大学者们广泛关注。

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