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二维面内异质结电子和磁性界面效应的理论研究

批准号:
12074235
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
张均锋
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:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张均锋

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
任何器件都离不开界面问题,对基于二维异质结材料的纳米器件更是如此。二维异质结纳米器件的快速发展,亟需相应异质结材料和器件的基础物理支持。目前,二维面内异质结理论研究集中于简单界面情形,而实验上大部分晶格失配的异质结,界面区域往往不可避免的存在缺陷或部分重叠。理论模型和实验结构的差异,导致理论结果不足以完整理解器件界面效应。基于此,本项目拟以晶格失配的二维面内异质结为研究对象,搭建与实验器件更贴近的二维复合界面异质结模型。建立经典静电学偶极子模型,探索复杂界面下的能带排列;结合第一性原理分子动力学方法,探索复合界面下载流子动力学界面量子效应;讨论二维面内磁性异质结中磁矩、磁序和居里温度等磁性质的界面效应。通过本项目研究,加深对二维面内异质结中能带排列、载流子动力学和磁性质的界面量子效应的理解,为光电纳米器件设计提供切实的理论支持。
英文摘要
Interface is important in device design, especially for devices based on two dimensional (2D) heterojunctions. It is known that the fully understanding of basic physics is crucial for the measure and design of 2D nano-devices. By now, theoretical studies on 2D lateral heterojunctions focused on those with simple interface. However, in experiment, the defects or overlapped region are inevitable for 2D lateral heterojunctions with large lattice mismatch. Therefore, this kind of difference makes it hard in understanding experimental measurements and interfacial effects in devices. Based on this question, in this work, we investigate the interfacial effects in 2D mismatched lateral heterojunctions. We will construct the interface models for 2D lateral heterostructures with the consideration of experimental measurements, modify the electrostatic dipole model and investigate the band offsets. Combine the first principle and molecular dynamic methods, we will study the interfacial effects on the carrier’s behavior when crossing the complex interfaces. For the 2D magnetic lateral heterojunctions, meanwhile, we will investigate the interfacial effects on the magnetic moments, magnetic phase, the Curie temperature and anisotropy. The goal of this project is trying to understand the quantum effects result from the complex interfaces, provide the theoretical support on future design of 2D heterostructure materials based photoelectric nano-devices.
界面是二维材料异质结性能调控的关键。本项目聚焦二维异质结界面效应,系统研究了离子迁移、热输运、电子与谷劈裂以及能带排列等特性,旨在为高性能电子器件和能源存储材料设计提供理论依据。本项目取得的主要成果简述如下:(1)讨论了二维异质结面内离子跨界面迁移界面效应,发现了黑磷-石墨烯异质结中遵循Clar规则的异质结界面态少、电子稳定性好,且提供了更多扩散路径和更低能量势垒,利于锂离子快速扩散。探讨了二维铅卤化物钙钛矿横向异质结中界面缺陷和阳离子对离子迁移的影响,确认碘原子迁移更容易,有机阳离子345FAn显著促进阴离子迁移。(2)结合第一性原理和机器学习方法,阐明了二维硼烯石墨烯异质结面内热输运界面行为,发现了电子转移和缺陷分布对声子输运和硼烯晶格热导率的影响。(3)系统研究了层间扭转对二维异质结电子和谷劈裂影响,发现石墨烯二硫化钼异质结热力学稳定性、电子以及载流子迁移率随扭转角的变化,WSe2/CrI3扭转异质结中的谷分裂显著增强现象,并扩展应用到其他二硫族过渡金属化合物的谷劈裂调控机制。(4)发现了一维异质结的界面能带排列行为随着体系尺寸的变化,并构建了静电学模型解释其物理机制。(5)讨论了二维材料的带电点缺陷、边界和晶界效应,发现了各类缺陷处磁矩和居里温度变化规律。综上,本项目阐明异质结界面行为在离子迁移、热输运、电子与谷劈裂以及能带排列等方面的特性与机制,为电子器件和能源存储材料优化提供了理论支持。在项目资助下,在Carbon, npj Comput. Mater., Nanoscale, Appl. Surf. Sci., Nanoscale等本领域主流期刊发表SCI论文14篇(第一标注12篇);项目负责人在国内学术会议作邀请报告2次,培养硕士研究生毕业8名(4人获校级优秀毕业论文,1人获省级优秀毕业论文)。
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