过渡金属纳米线奇异电子输运特性和磁性的模拟和实验研究

新型过渡金属MoSI纳米线具有一系列奇异的力学、光学和电子的特性,显示出替代碳纳米管作为新型量子或分子器件的良好前景。利用第一性原理的从头计算方法、基于非平衡格林函数方法的量子输运模拟与磁性测量技术相结合，本项目计划对一维过渡金属MoSI纳米线进行系统的研究。首先在实验上实现机械拉伸条件下对MoSI纳米线的磁性改变和输运性质改变的测量；其次，利用最新的Van Der Waals密度泛函方法研究并构建能有效处理Van Der Waals弱相互作用的过渡金属原子的赝势；最后，计算模拟研究在MoSI纳米束中纳米线与纳米线之间的弱耦合相互作用以及它对磁性质和输运产生的影响。本项目的最终目的是更系统深入地测试和理解在机械应力条件下低维纳米线系统的输运性质和磁性质的变化,发掘其作为电子开关器件的可行性，同时为基础科学的研究提供一个可行的检测平台。

纳米材料中的弱耦合相互作用一直是纳米技术基础和应用研究的前沿课题。本项目从计算机模拟结合实验测试出发，系统地研究了过渡金属硫族化合物纳米材料如纳米线束、纳米层中的弱耦合相互作用，机械应力对弱耦合作用的影响，及应力对电输运、磁性和热电转化效率的效应。我们首先从Van der Waals密度泛函方法出发，构建了具有优良电荷转移特性的过渡金属原子赝势，并进行了严格的测试；接着，从赝势+密度泛函方法出发，系统地模拟了弱耦合相互作用对磁性和输运性质的影响。我们发现：外加应力对弱耦合有着抑制作用，并能对纳米材料的能带进行有效地调控，如调控能隙大小和特点、改变键合属性、引发半导体-金属输运性质的转变、触发磁性失稳及巡游的磁有序出现等等。此外，我们还发掘了弱相互作用的过渡金属纳米材料作为热电能源转化应用方面的潜力。我们首次发现，通过应力（静水压）和载流子掺杂的方式能有效释放过渡金属硫族化合物纳米材料的热电转换的潜力。实验上我们也尝试了对MoxSyIz纳米线/束在机械拉伸情况下的磁性和输运性质改变的测试，不过，由于MoSI纳米材料中不可避免地存在Mo6S6I2超导杂相，我们采用了离心法、过滤法等杂相分离方法、但效果一直不是很理想，造成对铁磁性的实验观测也一直不是很理想。不过，我们也对此进行了总结，并将继续尝试其他的分离方法。