石墨烯结构碳化硅纳米带电子结构调控及其量子输运性质

近年来随着人们对新颖低维结构材料-石墨烯研究的深入，对碳化硅（SiC）新的低维结构材料-石墨烯结构SiC及其纳米带(简称SiC纳米带)的研究揭开了序幕。本项目基于第一性原理计算，对SiC纳米带展开三个方面的研究：（1）研究单层与双层SiC纳米带边缘重构及其电子结构与磁性调控；（2）研究单层与双层SiC纳米带化学掺杂与边缘化学修饰及其电子结构与磁性调控；（3）在前两方面研究的基础上，研究相应的单层与双层SiC纳米带在外场下的量子输运行为以及电极与接触层对其影响。揭示SiC纳米带化学掺杂、边缘重构以及边缘化学修饰与其相应电子结构和磁性变化的关联与规律，发现新的物理效应及其量子现象，丰富凝聚态物理学的内容，得到室温d0铁磁半导体与铁磁半金属新材料，阐明在SiC纳米带上实现具有复杂功能的电子与自旋信息处理纳米器件的物理基础。为SiC纳米带的实验研究提供思路, 为SiC纳米带的应用研究奠定基础。

石墨烯在自旋控制应用上一直面临困境，一方面实验至今未直接观察到石墨烯纳米条带边缘磁性存在，另一方面理论研究显示锯齿边缘石墨烯边缘内磁过于脆弱。我们注意到SiC类石墨烯纳米条带在一定的掺杂范围内边缘磁随掺杂浓度的增加而增大，采用SiC类石墨烯纳米条带替代石墨烯纳米条带可能是突破自旋控制应用困境的有效途径。本项目从物理与化学结合的角度，研究并掌握了SiC类石墨烯纳米条带化学掺杂、边缘重构以及化学修饰与其相应电子结构和磁性变化关联与规律，得到了我们梦寐以求的具有奇异性能的铁磁性自旋半导体与半金属材料。主要成果为：1.发现锯齿边缘SiC纳米带边缘重构新规律；2.发现氮或硼原子化学掺杂的锯齿边缘SiC纳米带呈现铁磁性半金属行为；3.发现掺杂锯齿边缘SiC纳米带呈现异常非磁性金属态；4.发现锯齿边SiC纳米带边缘氢化效应；5.揭示锯齿边SiC纳米带非磁性杂质硼或氮化学替代效应完整图谱；6.揭示锯齿边SiC纳米带短程精确的交换作用；7.预言碳纳米带与单壁碳纳米管的混合结构是内禀自旋铁磁性半导体；8.预言氮化硼纳米条带与单壁碳纳米管的混合结构是内禀铁磁性自旋无能隙半导体，而氢化氮化硼纳米条带与单壁碳纳米管的混合结构是内禀铁磁性自旋半导体。在《J. Mater. Chem. C》1篇(IF=4.696), 《J. Phys. Chem. C》1篇(IF=4.814), 《Phys. Chem. Chem. Phys.》2篇(IF=4.493), 《RSC Adv.》1篇(IF=3.840), 《Phys. Status Solidi RRL.》1篇(IF=2.388), 《Phys. Status Solidi B》3篇(IF=1.469)SCI索引的国外知名期刊上发表专题研究论文10篇。这些论文已被《Nat Comms》, 《J. Mater. Chem.》, 《J. Mater. Chem. C》, 《J. Phys. Chem. C》,《Phys. Chem. Chem. Phys.》, 《Phys. Rev. B》, 《Appl. Phys. Lett.》, 《ChemPhysChem》, 《RSC Adv.》, 《Chem. Phys. Lett.》SCI索引的国外知名期刊论文正面引用74次，其中他引52次。培养博士毕业2人。