具有抗氧缺陷能力半金属材料的理论探索

Half-metal is a very important fuctional material in spintronic field, being of simultaneously having metallic and insulating characters, and atrracted much research interest. However, half-metallic nature of most materials will be destroyed with oxygen vacancy induced. Therefore, searching for half-metals with stability properties is essential. On the other hand, oxygen vacancy in the compound is experimentally inevitable. Based on this fact, searching for half-metal which can keep half-metallic with oxygen vacancy may be a utility way to solve the above problem. Thus, using the fist-principles theory and based on the reported half-metals, searching for half-metal which can still keep half-metallic with oxygen vacancy induced is the main goal in this project. Moreover, this project can also give theoretical guide for experimentally design of half-metal with stability properties.

半金属材料由于在两个子能带同时体现出金属性和绝缘体/半导体性，使其在自旋电子学器件研制应用上具有重大价值，是当前科技工作者的研究热点。但目前所报道的半金属材料抗氧缺陷能力差，在有氧缺陷存在的情况下易丧失半金属特性，其物性稳定性差。因此寻找稳定性好的半金属材料是当务之急。但是在实验合成中，氧缺陷的存在是不可避免的，那么，如果能到找到一种材料，其在存在氧缺陷的情况下依旧能够保持半金属特性，则上述问题就可以得到解决。在此背景下，本项目拟采用第一性原理，以已被报道的半金属材料为研究对象，通过对其进行引入氧缺陷研究，力图获取在存在氧缺陷情况下依旧能保持半金属特性的材料，并为实验制备提供理论依据和指导。

由于在实验合成过程中，氧缺陷的存在是不可避免的，因此寻找存在氧缺陷时仍然能够保持自身物理性质的材料具有重大意义。本项目选取已被报道或预测的材料作为研究对象，搜索了材料的全域稳态几何结构，并在此基础上利用第一性原理计算，探索缺陷和高压对材料几何结构和物理性质的影响，并设计出具有抗氧缺陷能力的高居里温度半金属二维单层材料，主要研究进展包括：（1）研究了缺陷对二维层状材料物理性质的影响，并从理论上设计出了具有半金属特性的二维单层材料；（2）从理论上设计出了具有半金属特性的H1Silicene硅烯纳米片，其居里温度高达374K；（3）探索了硅基半导体四元化合物SiBCN的物理性质，发现能在高温下保持稳定，且其载流子具有较高的迁移率；（4）利用CALYPSO结合第一性原理，研究了CaC在常压下的稳定结构，发现了更为稳定的P4/mmm结构，而具有该结构的CaC呈金属性; （5）研究了几种在超硬材料立方BN上生长的二维硅材料，发现这些二维硅材料在费米能级附近具有狄拉克点; （6）研究了双轴应变对二维材料物理性质的影响，发现双轴应变可以有效调控二维材料的电磁特性；（7）探索了新型单原子层二维半金属硅材料，该材料的结构在高温下保持稳定，并拥有狄拉克费米子。在项目资助下，在在Phys. Chem. Chem. Phys.，J. Appl. Phys., Physics Letters A, J. Phys. D: Appl. Phys., Solid State Communications等杂志上发表SCI论文9篇，为半金属材料的实验制备和应用提供理论上的依据和指导。