气体分子吸附调控CdG电子结构和磁性的第一性原理研究

作者：张建宁; 马欢; 马玲^*; 张建民

来源：人工晶体学报, 2019, 48(06): 1030-1039.

DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2019.06.011

• Cd掺杂的石墨烯
• 电子结构
• 磁性
• 调控机理

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,深入研究单个气体分子CO、NO、NO2、SO2、O2和H2S吸附对Cd掺杂石墨烯(CdG)电子结构和磁性的影响及调控机理。结果表明:六种气体分子以较大的吸附能与CdG基底中的Cd原子键合并形成Cd-X键(X代表C,O,N,S),属于化学吸附;由气体吸附注入的空穴使得复合体系的电子分布发生重构,致使复合体系电子结构和磁性明显改变。CO吸附后,体系仍保持CdG基底原有的半导体性,但带隙宽度有所变化; NO、NO2、SO2和O2吸附的CdG基底转变为金属性,H2S@CdG为半金属性。CO的吸附使得原本自旋极化的CdG基底磁性消失; NO2、H2S、NO和O2吸附基底时,产生局域自旋极化。对于NO2@CdG和H2S@CdG,自旋极化主要分布于基底之上且极化方向相同,NO2和H2S发生弱极化且自旋方向相反;而NO@CdG和O2@CdG的自旋分布特征与之相反; SO2@CdG呈现完全自旋极化特征,即SO2和基底皆有显著的自旋分布但自旋方向不同。据此,由各气体分子引起体系电子结构和磁性的不同变化特征,可有效检测和甄别气体分子。

• 单位
  陕西师范大学