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层状过渡金属化合物Fe3GeTe2的电子结构和磁学性质研究

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力， 例如 硬盘 等现 代 磁 存 储 介质 的发 展 需 要 有更 高存 储密 度 的 新 型 铁 磁 金 属 材 料 ． 而实质上 ， ２ Ｄ 或单 层材 料 可 以被 认 为 是 具有 超 薄 厚 度 的薄膜 ， 因此采用 二 维层 状 铁 磁 金 属化 合 物 ， 可 以极 大 地 提 高现代 磁存 储介 质 的存储 密度 ．
Ｖｏ１ ． ３１ ＮＯ． ３
Ｍ ａ ｖ ２ ０１ ７
文 章 编 号 ：２ ０ ９ ５ — ６ ９ ９ １【 ２ ０ １ ７ ） ０ ３ ０ ０ ４ ７ — ０ ６
层 状 过 渡金 属 化 合 物 Ｆ ｅ ３ Ｇｅ Ｔｅ ２的 电 子 结 构
和 磁 学性 质 研 究
朱 鹏
下， ＿ 『 随 着应 力增 大 而 减小 ， ． ， ∥ 则正好相反 ， 导致 居 里 温 度 在 非 常 大 的 应 力 范 围 内 基 本 保 持 不 变 ． 研 究 表 明 单 层的 Ｆ ｅ 。 Ｇ ｅ Ｔ ｅ 磁 性 相 当稳 定 ， 可 作 为 潜 在 的 自旋 电子 学 材 料 ． 关键词 ： 第一性原理 ； 电子结构 ； ＭＡＥ； 居 里 温度 中 图分 类 号 ： ＴＭ２ ７ ｌ 文献标志码 ： Ａ
结构和相邻 Ｔ ｅ层 之 间 的范 德 华 间 隙． 另 外 它 是
在 Ｆ ｅ —Ｇｅ — Ｔｅ系 统 中 具 有 铁 磁 磁 序 罕 见 的 例
子 Ｊ
学 是 同时利 用 电子 电荷 和 自旋 作为 信息 载体 的新
第 ３ １卷 第 ３期
２ Ｏ １ ７年 ５ 月
兰 州 文 理 学 院 学报 （ 自然科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｉ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｒ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
兴 学科 ． 近 年来 ， 以石 墨 烯 为 代 表 的 二 维 材 料 为 自 旋 电子学 的发 展带 来 了新 的希 望 ， 同 时 又 具 有 十
Ｄｅ ｉ ｓ ｅ ｒ ｏ ｔ ｈ等 在 对 Ｆ ｅ ３ Ｇ ｅ Ｔｅ ２和 Ｎｉ ３ Ｇｅ Ｔｅ ２的研 究中， 发 现这两 种 层 状过 渡金 属 化 合 物都 是 黑 色 固体 而且 结构 稳 定 ， 同时 也发 现 它 们 都具 有 铁 磁 性． Ｂ Ｃ ｈ ｅ ｎ等 在利 用碘辅 助 水汽 运输 这个 方 法
理 想 的 自旋 电 子 学 材 料 要 求 具 有 高 于 室 温 的
ｆ ｌ ｕ ｘ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ 方 法 制 备 的单 晶 的居 里 温 度 比 Ｂ Ｃ ｈ ｅ ｎ等利用 的水 汽运 输 方 法 获 得 的 单 晶 的居 里 温 度低 ． 这些实验研 究表 明 Ｆ ｅ 。 Ｇｅ Ｔｅ 。在 磁 存 储
在 日常 温 度 和 复 杂 环 境 下 应 用 ． 本 文 所 研 究 的 层
状 过渡 金属 化 合 物 Ｆ ｅ 。 Ｇｅ Ｔｅ 。 （ Ｆ Ｇ Ｔ） 具 有较 高 的 居 里 温度 ， 它是 六角 晶体 ， 其 结 构表现 出显 著 的层
状 特性 ， 具 有 夹 在 两 层 Ｔｅ 原 子 之 间 的层 状 Ｆ ｅ Ｇ ｅ
（ 长 沙 理 工 大 学 物 理 与 电子 科 学 学 院 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ １ １ ４ ）
摘要 ： 运 用第 一 性 原理 计 算方 法 ， 系统 研 究 了层 状 过渡 金 属化 合 物 Ｆ ｅ 。 Ｇ ｅ Ｔｅ ｚ的 电 子 结 构 、 磁 各 向 异 性 能 （ ＭＡ Ｅ） 、 磁 交 换 相 互 作 用 和磁 转 变 温 度 ． 研 究表 明 Ｐ Ｂ Ｅ密 度 泛 函 给 了 和 实 验 接 近 的 晶格 参 数 ， 计 算 了 不 同 层 数 化 合 物 的 ＭＡＥ ， 发现层数对 ＭＡ Ｅ影 响不 大 ， 其 中单 层 的 ＭＡＥ达 到 ｌ ｌ ５ ８ ￣ ｅ Ｖ， 高于 常见的铁磁 体． 另外， 还结合伊辛 （ Ｉ Ｓ Ｉ ＮＧ ） 模 型计 算 了磁 交 换 相 互 作 用 ， 并通 过平均 场近 似估计材料 的居 里温度． 平衡状 态时 ， 居 里 温 度 为 ２ ４ ６ Ｋ， 跟 实 验 值 较 好 地 相符 ． 研 究 磁 交 换 作 用 和 居 里 温 度 随应 变 的变 化 ， 计算结果显示 ， 在 应 力 作 用
成功 制 备 出 了 Ｆ ｅ 。 Ｇｅ Ｔｅ 的 单 晶 ， 测 量 了 相 关 的 物理 性 质 ， 得 到 其居 里 温度 为 ２ ２ ０ Ｋ， 易 磁 化 轴 方
分新 颖奇 特 的物 理化 学 性 质 ， 因而 受 到 了人们 的 广泛 关注 ． 而 二维 层 状 铁 磁 金属 化 合 物 由于 具有 轨 道 电子 以及较 容易 被机 械 剥 离 出单层 等 物理
Ｏ 引 言
随着通 信及 计算 技术 的高 速 发 展 ， 信 息 量 的 爆 增对 磁记 录 的写 、 存、 读 三方 面都 提 出了新 的挑 战． 在 过 去 十 多年 里 ， 由于 巨磁 阻 效 应 的应 用 ， 计 算 机 硬盘上 的磁 盘存 储量 能够 每年 以数 倍 的速度
增长 ， 自旋 电 子 学 也 得 到 了 迅 速 的发 展 ． 自旋 电 子
特性 ， 成 为 了 自旋 电 子 学 研 究 的 新 方 向 ． 同 时 二 维 铁磁 金属 化合 物还 具有 磁存储 应 用方 面 的巨大潜
向为 ｃ轴．Ａｎ ｄ ｒ ｅ ｗ Ｆ ． Ｍａ ｙ等 研 究 了 Ｆ ｅ 卜 ｌ
Ｇｅ Ｔｅ 。的 磁 学 性 质 和 相 位 宽 度 ， 发现利 用 ｓ ｅ ｌ ｆ —

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双层过渡金属三卤化物层间磁性研究现状

双层过渡金属三卤化物层间磁性研究现状

第1卷第1期2022年8月物理学进展PROGRESS IN PHYSICSVol.1No.1Aug.2022双层过渡金属三卤化物层间磁性研究现状司君山，杨志雄，张卫兵∗柔性电子材料基因工程湖南省重点实验室,长沙理工大学物理与电子科学学院，湖南长沙411104摘要：二维磁性材料是当前凝聚态物理的研究热点。

近来的实验发现双层CrI3存在与三维块体不同的层间反铁磁序，表现出独特的量子限域效应和潜在的器件应用，受到了人们的广泛关注。

大量的研究表明层间磁序跟堆垛密切相关，但仍存在争议。

本文主要综述双层磁性材料层间磁序及其应用的研究进展，重点介绍了磁性与堆垛方式之间的关联，指出了密度泛函理论在层间磁性机理研究中存在的挑战，阐述了层间磁序相关的器件应用，并对未来可能的研究方向进行了展望。

关键词：二维磁性材料；堆垛方式；层间磁性机理；密度泛函理论中图分类号：O469文献标识码：A DOI:10.13725/ki.pip.2022.04.002目录I.前言147II.层间磁性研究148A.堆垛和磁性148B.层间磁性机理148C.密度泛函理论计算中存在的问题152D.层间磁性的应用152 III.总结与展望154致谢154参考文献154I.前言磁性材料是一类古老而用途广泛的重要基础功能材料。

我国四大发明之一的指南针，利用的就是天然磁铁的磁性。

在现代社会中，磁性材料更是无处不在，被广泛应用于各种电子设备、汽车、家电等，已成为人们日常生活和生产中不可或缺的材料。

特别是，磁性多层膜中巨磁电阻效应[1]的发现，标志着自旋电子学的诞生，引发了信息技术的革命，极大提高了信息存储容量和密度，有力促进了信息领域的发展。

随着器件尺寸不断缩小，低维磁性材料可能具有跟三维块体不同的量子现象。

探索低维极限下磁性材料的新奇物理现象和潜在器件应用，是当前亟待解决的关键科学问题。

收稿日期：2022-06-27∗E-mail:2004年，石墨烯[2]的成功制备掀起了二维材料研究的热潮。

超过渡金属氧化物电子结构研究

超过渡金属氧化物电子结构研究

超过渡金属氧化物电子结构研究超过渡金属氧化物（RTO）是指过渡金属的氧化物中的一类。

与其他过渡金属氧化物相比，RTO有着更加复杂的电子结构，并且往往表现出各种有趣的电学特性。

近年来，研究人员对RTO的性质进行了广泛的研究，并且发现了许多有趣的现象。

本文将从理论和实验两个角度，探讨超过渡金属氧化物电子结构的研究进展。

一、理论研究超过渡金属氧化物通常具有复杂的化学成分和结构，这使得对它们的电子结构进行分析变得非常困难。

但是，通过密度泛函理论（DFT）等计算方法，人们可以对RTO的电子结构进行模拟和预测，并且得到与实验观察结果相吻合的结果。

据研究发现，RTO的电子结构与其晶体结构、氧化态以及过渡金属的种类等因素密切相关。

例如，钛氧化物（TiO2）是一种典型的RTO，其电子结构中存在着非常复杂的带隙，其中包含有多个不同的电子能级。

同时，由于TiO2具有高度的晶体对称性，因此它的电子结构具有非常特殊的对称性组态。

其他过渡金属氧化物，如硬磁氧化铁（Fe3O4）、氧化铜（CuO）等，也具有各自独特的电子结构特征。

除了密度泛函理论之外，还有许多其他计算方法被用于研究RTO的电子结构，例如自旋极化波函数、自洽模型和动量分辨光电子能谱等。

这些方法可以提供更加精确的电子结构计算结果，并且可以为人们深入理解RTO的电学性质提供理论支撑。

二、实验研究与理论计算相比，实验观察RTO的电学性质无疑更加直接和易于观测。

近年来，研究人员利用各种实验手段，对RTO的电学性质进行了详细的研究，并且发现了许多有趣的现象。

例如，通过传统的电导率、磁电阻等测试方法，人们发现TiO2、Fe3O4等RTO可以表现出磁电阻效应、磁性和光伏等特性。

此外，一些新型RTO，如二氧化铜锌（ZnO2）、锰氧化物（MnO）等，也具有较高的电导率和透磁率等特性，这使得它们成为新型电子器件和磁性器件的研究热点。

不仅如此，近年来人们还发现，RTO材料质量、取样方式等因素对其电学性质也有着极大的影响。

元素周期表中的过渡金属与配位化合物实验

元素周期表中的过渡金属与配位化合物实验


过渡金属在元素周期表中的位置
过渡金属位于元素周期表的第4、5、6周期 过渡金属包括铁、钴、镍、铜、锌、汞等元素 过渡金属具有特殊的化学性质和物理性质 过渡金属在配位化合物实验中具有重要作用
过渡金属的电子构型与化学性质
电子构型：过渡金属元素的电子构 型通常为d或f电子构型
配位化合物：过渡金属元素容易形 成配位化合物，如Fe(CO)5、 Ni(CO)4等
配位化合物的稳定 性与反应性：对于 理解化学反应机理 具有重要意义
实验操作与注意 事项
实验材料与试剂准备
实验仪器：如烧杯、试管、 滴定管等
配 位 化 合 物 ： 如 E DTA 、 DT PA 等
过渡金属：如铁、铜、镍等
实验试剂：如盐酸、硫酸、 氢氧化钠等
防护用品：如手套、口罩、 护目镜等
实验记录本：记录实验过程 和数据
实验结果在生产生活中的应用
过渡金属与配位化合物在工业生产中的应用 实验结果在环境保护中的应用 实验结果在医疗领域的应用 实验结果在材料科学中的应用
实验结果对科学研究的启示
过渡金属与配位化合物的性质和结构 实验结果的应用：如催化剂、药物、材料等领域 实验结果的理论解释：如电子结构、配位化学等 实验结果的创新性：如新化合物的发现、新反应的发现等 实验结果的局限性：如实验条件、实验方法等 实验结果的未来研究方向：如新化合内外学者正在积极开 展新型配位化合物的合成与应用研 究
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应用领域：在材料科学、生物医药、 环境科学等领域具有广泛的应用前 景
挑战与机遇：面临合成难度大、应 用效果不稳定等挑战，同时也存在 巨大的市场机遇和发展空间
过渡金属在新能源领域的应用前景
Fe3C化合物电子结构、磁性和硬度的第一性原理研究

Fe3C化合物电子结构、磁性和硬度的第一性原理研究

C Fe C Etot = −5520.59eV (六方结构)，Esolid = −155.90eV ，Esolid = −867.70eV ，Eatom = −146.72eV ， Fe Eatom = −859.89eV ；m 和 n 是 Fe3C 化合物中 C 和 Fe 原子的个数，正交结构的 m 和 n 值分
1.5
PDOS (electrons/eV)
Spin up
Fe1-d Fe2-d
PDOS (electrons/eV)
1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -10
C-p
2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -10 -5 0 5 10 Spin down C-p Fe-d Spin up
别为 12 和 4，六方结构的 m 和 n 值分别为 6 和 2。 由表 1 可以看出，两种结构的晶格常数计算结果与实验值接近，略微偏小是由于广义梯 度近似对晶格常数过分修正的结果。由能量结果可知，正交结构的 Fe3C 更易形成且更加稳 定，这是通常形成的 Fe3C 都是正交结构的原因。
表 1 Fe3C 化合物的晶格常数、能量和磁距 Tab.1 Lattice parameters, energy and magnetic moment of Fe3C compound
d 轨道的电子增加。C 与 Fe 原子的轨道杂化作用，使得 C 原子具有了磁性，Fe 原子的磁距
小于体心立方结构 Fe 的磁距 2.22μB。正交结构中各原子磁矩已有研究，但计算结果相互有 差异，而本文的计算与文献[2]接近，可能是两者的计算方法相同的原因。两种结构中 C 原 使得六方结构 Fe3C 化合物的总磁距也偏 子的磁距相同， 而六方结构中 Fe 原子的磁距较大， 大一些，如表 1 所示。