多价态驱动生成多维碲基化合物材料的第一性原理预测
批准号:
12104385
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
薛雄雄
依托单位:
学科分类:
凝聚态物质电子结构
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
薛雄雄
中文摘要
随着计算机技术和计算模拟方法的发展,理论结构预测在发现新材料方面发挥着越来越重要的作用。最近,人们在理论上成功预言了单元素二维碲烯,证明了Te元素的多价态特性(金属性和非金属性)是多种碲烯稳定存在的根本原因。这个特殊的多价态特性,尤其是金属性,也将会驱动Te元素与其他常见非金属元素(Se、S、C、N、P等)形成新型碲基化合物材料。基于这个猜想,本项目将致力于利用基于粒子群优化算法的CALYPSO和随机策略的RG2软件包,系统全面地从多维度、多元素、以及多比例角度对潜在新型碲基化合物材料进行结构预测,构造稳定性与关键物理参量的相图,探究元素多价特性驱动结构稳定的机制;并结合基于密度泛函理论的第一性原理计算和经典晶体生长理论,对潜在碲基化合物材料的结构和电子特性、高压相变以及初期成核生长机制进行描述和刻画。本项目的研究成果将为实验人员提供理论参考,加快实验发现新型碲基材料的进程。
英文摘要
Theoretical structure prediction has played an increasingly critical role in the discovery of new materials with the development of computer technology and computational simulation methods. Recently, people has successfully predicted two-dimensional elemental tellurene, and suggest that the stability of a variety of tellurene inherently arises from the multivalent nature of Te (metallic and non-metallic character). This particular multivalent nature, especially the metallic nature, will also drive Te to form new Te-based compound materials with other common non-metallic elements (Se, S, C, N, P, etc.). Based on this conjecture, this project will aim to use CALYPSO based on particle-swarm optimization algorithm and RG2 based on periodic graph theory and random strategy to systematically and comprehensively predict the structure of potential novel Te-based compound materials from multi-dimensional, multi-elemental and multi-proportion perspectives. And we will construct the phase diagram describing the structural stability in terms of key physical parameters to further explore the mechanism of structural stability driven by multivalent properties of elements. On the basis of density functional theory and classical crystal growth theory, we will study structural and electronic properties, high-pressure phase transition as well as initial nucleation and growth mechanism of potential Te-based materials. The research results of this project will provide theoretical reference for experimenters and accelerate the process of discovering new Te-based materials in experiments.
本项目基于密度泛函理论,从多维度、多元素和多比例角度对新型碲基化合物及多铁性(铁磁、铁谷、铁弹)耦合材料进行了系统的结构预测。通过第一性原理计算,深入探讨了该类材料的电子特性,并揭示了一系列新奇物理效应,包括反常谷霍尔效应、滑移铁电特性、多铁耦合效应等。此外,还研究了应力、缺陷、衬底等因素对这些物性特征的调控作用。主要研究成果包括:(1)预测出了部分TeaSb构型,并通过与现有二维结构对比,衍生构造出了一系列二维TeaSb结构;(2)提出了一种新型non-Janus二维铁谷材料FeXI(X=Cl,Br)。由于强的自旋轨道耦合作用,non-Janus FeXI保持了铁谷材料的本征半导体属性和较大的谷劈裂。基于特定的能带匹配原则,通过引入铁电(Ferroelectric, FE)衬底In2S3和In2Se3构建多铁性范德华异质结模型FV/FE 和 FV/FE/FV,可以实现反常谷霍尔效应的非易失性可逆切换和层依赖的霍尔电压;(3)通过打破传统1T相对称性和原子位置替换,设计了一种横向类Janus 1T’α-VXY结构。特殊堆垛模式造成的对称性破缺和层间电荷转移可以在双层VXY中诱导出面外滑移铁电性。另外,通过构建多铁范德华异质结VXY/In2S3,可以实现半金属到半导体(half-metal-to-semiconductor)的非易失性开关效应(0→1);(4)预测了一系列稳定二维多功能铁磁单层材料VX(X=S,Se,Te)。施加拉伸/压缩应力可以有效调节VX单层的磁性能,包括磁耦合强度和磁各向异性能;(5)预测了稳定的室温铁磁过渡金属硼化物 FenB2+2n(n =1,2)。C掺杂可以实现面内压缩应变和电子掺杂的非易失性结合,从而有效提高Tc 和磁各向异性能;(6)基于MA2Z4材料的插层结构特性,构建了一种具有“AN-hBN-AN”三明治状的插层结构BA2N3 (A = Si, Ge)。BA2N3是一类极性半导体,具备优异的力学、应变可调的光学、压电及水分解功能特性,其导带边缘表现出应变敏感的力学-谷耦合效应。该项目的研究不仅丰富了人们对多价态驱动新型碲基化合物及多铁材料的认识和理解,更为这些材料在信息存储方面的应用提供了理论参考。
多维度、多极化磁电耦合协同调控磁斯格明子拓扑态机制研究
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批准号:2026JJ60105
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:薛雄雄
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依托单位:
国内基金
海外基金