Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độLuận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc điện tử và trật tự từ của vật liệu Graphit cacbon nitơ bằng lý thuyết hàm mật độ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Quang Huy NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ĐIỆN TỬ VÀ TRẬT TỰ TỪ CỦA VẬT LIỆU GRAPHÍT CÁCBON NITƠ BẰNG LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Quang Huy NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ĐIỆN TỬ VÀ TRẬT TỰ TỪ CỦA VẬT LIỆU GRAPHÍT CÁCBON NITƠ BẰNG LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết Vật lý toán Mã số: 8440103 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: TS Phạm Nam Phong Hướng dẫn 2: PGS TS Nguyễn Huy Việt Hà Nội - 2019 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan cơng trình sản phẩm khoa học thân, thực hướng dẫn TS Phạm Nam Phong PGS TS Nguyễn Huy Việt Các kết luận văn trung thực, theo chuẩn mực nghiên cứu khoa học Lời cảm ơn Các nghiên cứu phần kết Luận văn nằm khuôn khổ nghiên cứu tài trợ Đề tài NAFOSTED mã số 103.01–2017.359 với cơng bố Tóm tắt Luận văn nghiên cứu vật liệu graphít cácbon nitơ nhằm tìm kiếm tính chất lạ ứng dụng tiềm lĩnh vực spintronics Cụ thể, nghiên cứu hướng đến vật liệu g-s-triazine g-C 4N3 g-h-triazine g-C3N4, sử dụng phương pháp Lý thuyết phiếm hàm mật độ Hấp phụ ngun tử hyđrơ hóa đề xuất nhằm biến đổi cấu trúc từ tính vật liệu Cấu trúc điện tử chuyển pha trật tự từ, phản sắt từ chúng, tâm điểm nghiên cứu Luận văn Từ khóa: Phiếm hàm mật độ, graphít cácbon nitơ, cấu trúc điện tử, hấp phụ, phản sắt từ (Density functional, graphitic carbon nitride, electronic structure, adsorption, antiferromagnet) Danh mục ký hiệu chữ viết tắt HM Half-metal Nửa kim loại MS Magnetic semiconductor Bán dẫn từ SGS Spin gapless semiconductor Bán dẫn spin không gap BMS Bipolar magnetic semiconductor Bán dẫn từ lưỡng cực NM Nonmagnetic Phi từ FM Ferromagnet Sắt từ FIM Ferrimagnet Feri từ AFM(*) Antiferromagnet Phản sắt từ FCF Fully compensated ferrimagnet Feri từ bù trừ hoàn toàn g-CN graphitic carbon nitride graphít cácbon nitơ DFT Density Functional Theory Lý thuyết phiếm hàm mật độ (*) Thuật ngữ AFM sử dụng để tính chất FCF Luận văn Danh mục bảng Bảng Nội dung Trang 3.1 Hằng số mạng a tính chất từ g-C4N3 với hấp phụ H, B N 39 3.2 Phân tích chuyển điện tích theo phương pháp Bader với hệ HC4N3 HC4N3BN 41 3.3 Hằng số mạng a (Å) tính chất từ g-C3N4 với nguyên tử hấp phụ thuộc nhóm 2p 44 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình Nội dung Trang 1.1 g-s-triazine (gst) g-C4N3 12 1.2 g-h-triazine (ght) g-C3N4 13 2.1 Ơ mạng sở (1 × 1) gst ght 28 3.1 Cấu trúc vùng mật độ trạng thái gst 35 3.2 Mật độ trạng thái PDOS mật độ spin ρs gst 36 3.3 Ô sở (1 x 1) HC4N3BN 37 3.4 PDOS gst hấp phụ H, B N 38 3.5 PDOS cho lược đồ hấp phụ với HC4N3 chưa hồi phục HC4N3BN 40 3.6 Mật độ spin mật độ điện tích liên kết HC4N3BN 42 3.7 Ô sở (1 x 1) ght với nguyên tử hấp phụ nhóm 2p 44 3.8 PDOS ght hấp phụ H, B O 46 3.9 PDOS vật liệu feri từ dựa ght 47 3.10 PDOS vật liệu phản sắt từ dựa ght 48 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GRAPHÍT CÁCBON NITƠ VÀ LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ 12 1.1 TỔNG QUAN VỀ GRAPHÍT CÁCBON NITƠ .12 1.2 LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ .14 1.2.1 Định lí Hohenberg–Kohn 15 1.2.2 Phương trình Kohn–Sham 16 1.2.3 Phiếm hàm tương quan–trao đổi 17 1.2.4 Phương pháp giả sóng phẳng 18 1.3 CÁC BÀI TOÁN ĐƯỢC NGHIÊN CỨU TRONG LUẬN VĂN .25 CHƯƠNG MƠ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN .26 2.1 GÓI PHẦN MỀM QUANTUM ESPRESSO .26 2.2 MƠ HÌNH VẬT LIỆU .27 2.2.1 Ô mạng sở .28 2.2.2 Tính tốn tự hợp ‘scf’ hồi phục cấu trúc ‘vc-relax’ 31 2.2.3 Cấu trúc vùng mật độ trạng thái .32 2.3 CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN 33 CHƯƠNG CẤU TRÚC ĐIỆN TỬ VÀ TRẬT TỰ TỪ CỦA GRAPHÍT CÁCBON NITƠ 34 3.1 G-S-TRIAZINE G-C4N3 .34 3.1.1 Cấu trúc điện tử 34 3.1.2 Nửa kim loại-sắt từ 36 3.2 G-C4N3 VỚI HẤP PHỤ H, B VÀ N 37 3.2.1 Mật độ trạng thái 37 3.2.2 Trật tự từ 39 3.2.3 Bán dẫn phản sắt từ đơn lớp 39 3.3 G-H-TRIAZINE G-C3N4 43 3.3.1 Sắt từ 45 3.3.2 Feri từ 47 3.3.3 Phản sắt từ 48 KẾT LUẬN 50 PHỤ LỤC 55 MỞ ĐẦU Sự phát triển lĩnh vực spintronics, với hệ linh kiện spintronic vòng vài năm gần đây, thúc đẩy nghiên cứu nhằm tìm kiếm, thiết kế vật liệu tiên tiến với cấu trúc điện tử lạ từ tính mong muốn Spintronics, nói vắn tắt lĩnh vực nghiên cứu bậc tự spin điện tử, với mơmen từ tương ứng nó, hướng đến ứng dụng linh kiện sử dụng tính chất đó, tương tự với ngành điện tử học truyền thống Trong bối cảnh đó, vật liệu với tính chất lạ nửa kim loại hay bán dẫn từ nhận mối quan tâm nghiên cứu liên ngành hóa học, vật lý, khoa học vật liệu Nửa kim loại lớp vật liệu với cấu trúc điện tử mang chất "một nửa" bán dẫn, với định hướng spin điện tử, "một nửa" kim loại, với định hướng spin lại Truyền dẫn điện tử vật liệu phân cực spin hoàn toàn, yêu cầu cho ứng dụng spintronic Bên cạnh đó, bán dẫn từ mục tiêu nghiên cứu đeo đuổi từ lâu lĩnh vực, với yêu cầu có vật liệu bán dẫn mang từ tính mong muốn Nghiên cứu ban đầu lĩnh vực nhằm biến vật liệu bán dẫn phi từ truyền thống trở thành sắt từ, tìm kiếm với bán dẫn từ pha lỗng hay phức hợp nanô chất bán dẫn sắt từ Graphít cácbon nitơ, gọi tắt g-CN, họ vật liệu nghiên cứu sâu rộng năm gần Với cấu trúc tỷ lệ hợp phần khác nhau, vật liệu họ g-CN mang chất đa dạng, từ nửa kim loại bán dẫn, với cấu trúc tính chất điện tử lạ, trội Những nghiên cứu ứng dụng đầy hứa hẹn g-CN bao gồm nanô-(quang) điện tử, xúc tác dị thể, spintronics Sự đa dạng cấu trúc g-CN, với đặc điểm đơn lớp (monolayer), tương tự với vật liệu cácbon graphene, tiền đề cho nghiên cứu nhằm biến đổi tính chất điện tử từ chúng, hướng đến ứng dụng kể 10 ... pháp Lý thuyết phiếm hàm mật độ Hấp phụ nguyên tử hyđrô hóa đề xuất nhằm biến đổi cấu trúc từ tính vật liệu Cấu trúc điện tử chuyển pha trật tự từ, phản sắt từ chúng, tâm điểm nghiên cứu Luận văn. .. trúc từ tính chúng Những vật liệu vậy, với cấu trúc tính chất khác thiết kế dựa tính tốn lý thuyết phiếm hàm mật độ Cấu trúc điện tử chuyển pha trật tự từ, phản sắt từ chúng, tâm điểm nghiên cứu, ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Quang Huy NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ĐIỆN TỬ VÀ TRẬT TỰ TỪ CỦA VẬT LIỆU GRAPHÍT CÁCBON NITƠ