硼烯纳米带:一种新型二维结构材料的电学和磁学特性

内容简介

硼烯是由单层硼原子构成的一种新型二维结构,在超高真空条件下已经在实验室制备出来了。硼烯纳米带(BNR)是一种一维结构,相对于二维硼烯,具有不同的电、磁、光学性能。伊朗的Meysam Bagheri Tagani等人用密度泛函理论等方法,研究了沿二维硼烯纳米片单向剪切后纳米带的电磁性能。计算结果表明,硼烯纳米带显示出金属型导电特征,与最近报道的实验结果相符合。X型纳米带的边缘具有电荷累积效应,可作为一种潜在的气体传感材料,而其磁性能依赖于其剪切方向和边缘结构。Y型纳米带具有较强的自旋各向异性,在自旋电子学方面具有应用前景。

文章发表于Nano-Micro Letters期刊2018年第10卷第1期,详情请阅读全文,可免费获取。本文也在微信(nanomicroletters)、微博(纳微快报NML)、科学网博客、Facebook、Twitter等期刊新媒体推出,请大家多关注和阅读。早期的微信推文请关注网站(http://nmsci.cn)。

文章题目Edge-Dependent Electronic and Magnetic Characteristics of Freestanding b12-Borophene Nanoribbons

关键词:硼烯纳米带,电磁性能,密度泛函理论

引用信息:Sahar Izadi Vishkayi . Meysam Bagheri Tagani,Nano-Micro Lett. (2018) 10: 14.

https://doi.org/10.1007/s40820-017-0167-z

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图文导读

图1:独立β12-硼烯纳米带框架,由a和b向量组成的矩形内是一个单元(左图),独立β12-硼烯纳米带的带结构(右图)

图1显示了一个优化的β12-硼烯纳米带晶胞中有五个硼原子,晶格常数等于a=5.15°,b=2.97°,这与之前的样品(2, 3, 5)吻合的很好。该薄片具有均匀的空位,补偿硼原子的电子缺陷,使结构稳定。优化后的NUVXBNRs分析表明,所有的结构都是正常的金属,边缘无磁化。

图2:a)13AAXBNR的结构, b)13BBXBNR的结构,c)14ABXBNR的结构,d)结合能。虚线矩形显示每个带单元

图像显示:NAAXBNRs具有最低的能量,他们的结合能甚至低于(N – 1)ABXBNR。色带宽度的增加引起了结合能的增加

图3:11AAXBNR, 13AAXBNR,和15AAXBNR的a)电子密度,b)电子局域函数(ELF)

图像显示(图3a):电子在色带的边缘堆积,主要原因是边缘原子的低配位,原子的边缘钝化可以消除电荷积累。研究发现,整体吸收破坏边缘吸收,去除电子堆积并保持其初始构型。

图4:11BBXBNR, 13BBXBNR和15BBXBNR的电子密度

图5:11AAXBNR, 15AAXBNR, 11BBXBNR和15BBXBNR的能带结构与传输通道

图像显示:所有的结构都是金属。通过计算特定能量的能带来计算传输信道。传输通道可以看作是在低温和完美耦合下的传输系数。

图6:10ABXBNR, 12ABXBNR和14ABXBNR的电子密度(上面板)、能带结构和传输通道(下面板)

图像显示:NABXBNRs的电子密度和能带结构。由A型和B型边组成,电子的积累是A型边观察,AB边带也是金属,它们的传输通道随带状宽度的增加而增加。

图7:每个NYuvBNRs原子总能量

图8:20YBNR同素异形体的a) 电子局域化函数,b)自旋密度。等值0.05

图像显示:图8a是20YBNR同素异形体的电子定位功能,很明显,边缘显著地影响电子的局域化。电子被局限在20Y15和20Y12两边,导致结构的磁化。相反,电子密度分布的两个硼原子之间在20Y32BNR边缘,特别是在六方孔的边缘。我们发现六边形孔的边缘是非磁性的,而完全占据六角环的是磁性的。最高的电子定位是20Y21,因此,它的磁态和非磁态之间的能量差更高。对于磁态,我们考虑了具有相同自旋方向的两条铁磁和反铁磁(相反的多数自旋方向的两条边)的构型,发现它们都是兼并的。图8b是20YBNR同素异形体的自旋密度,磁力矩最大值等于0.58IB,各向异性直接依赖于结构的各向异性和两条边的键长不等。

图9:22Y51, 23Y13和24Y31的a) 电子局域化函数,b)自旋密度。等值0.05

图像显示:图9a, b 分别显示了铁磁结构中的ELF和自旋密度。ELF显示了为什么这些丝带是磁性的,在两个边缘都观察到电子局域化。

图10:在反铁磁(AFM)和铁磁(FM)结构中,a) 22Y51BNR,b )23Y13BNR,c) 24Y31BNR的自旋能带结构。还绘制了每个结构的态密度。斜线显示了由磁矩最高的边原子而产生的谱带。虚线是向下旋转,实线是旋转的。

图像显示:自旋各向异性引起了反铁磁结构中能带结构的自旋分裂,虽然人们期望能带结构在反铁磁结构中变成自旋简并,但结构的各向异性会破坏兼并,自旋能带变为自旋相关。结果表明,在结构上切割B12不会引起带隙。因此,所有的带都是金属,这与最近的实验结果吻合得很好

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Nano-Micro Letters 是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在 Springer 平台开放获取(open-access)出版。已被 SCI、Ei、SCOPUS、DOAJ、知网、万方等数据库收录,影响因子4.849。JCR学科分区在材料学科和物理学科均居Q1区。近年来,该刊入选“中国科技期刊国际影响力提升计划”和“上海市高水平高校学术期刊支持计划”项目资助,多次获得“中国最具国际影响力学术期刊”、 “高校百佳科技期刊奖”、“上海市高校精品期刊奖”、“优秀期刊网站奖”等荣誉。

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