本發(fā)明涉及無機(jī)半導(dǎo)體納米材料制備領(lǐng)域，具體為一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法。
背景技術(shù)：
1、隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對新型功能材料的需求日益迫切。稀磁半導(dǎo)體材料作為一種融合了半導(dǎo)體特性與磁性的獨(dú)特材料，在自旋電子學(xué)、量子計(jì)算等前沿領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。
2、二維材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如高比表面積、優(yōu)異的電學(xué)性能和可調(diào)控性，成為了材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。磷烯作為一種典型的二維材料，具有可調(diào)節(jié)的帶隙、高載流子遷移率等優(yōu)良特性，在電子學(xué)、光電子學(xué)等眾多領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。
3、然而，純磷烯本身并不具備磁性，這在一定程度上限制了其在自旋相關(guān)應(yīng)用中的發(fā)展。通過摻雜過渡金屬元素來引入磁性是一種有效的改性策略。鐵作為一種常見且具有豐富磁學(xué)性質(zhì)的過渡金屬，其摻雜有望賦予磷烯磁性，從而形成鐵摻雜的磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料。
4、第一性原理計(jì)算方法在材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有不可替代的重要性。它基于量子力學(xué)原理，能夠從原子尺度深入研究材料的電子結(jié)構(gòu)、磁學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性能等多方面特性，在材料的設(shè)計(jì)與性能預(yù)測方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過第一性原理計(jì)算，可以在實(shí)際制備之前對鐵摻雜磷烯的各種可能結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和分析，探究不同摻雜濃度、摻雜位置等因素對材料磁性、電學(xué)性能等的影響規(guī)律，為實(shí)驗(yàn)制備提供精確的理論指導(dǎo)，減少實(shí)驗(yàn)的盲目性和成本，大大提高新型材料研發(fā)的效率和成功率。
5、綜上，基于第一性原理計(jì)算設(shè)計(jì)鐵摻雜的磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料具有極為重要的科學(xué)意義和廣闊的應(yīng)用前景，亟待開展深入研究與技術(shù)開發(fā)以推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施方式的一些方面以及簡要介紹一些較佳實(shí)施方式。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。
2、因此，本發(fā)明的目的是提供一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，能夠有效指導(dǎo)樣品制備和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，大大提高實(shí)驗(yàn)效率，降低時(shí)間成本和材料成本。
3、為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
4、一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，基于第一性原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，所述計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法具體步驟如下：
5、s1、建模：根據(jù)晶格原子結(jié)構(gòu)，做出磷烯晶胞；
6、s2、擴(kuò)胞：根據(jù)鐵摻雜濃度的不同，選擇不同倍數(shù)的擴(kuò)胞；
7、s3、摻雜：將鐵摻雜在擴(kuò)胞后的磷烯晶胞上；
8、s4、計(jì)算：使用第一性原理計(jì)算軟件vasp進(jìn)行計(jì)算，其中，計(jì)算采用廣義梯度近似，設(shè)置dft-d3色散校正的pbe交換關(guān)聯(lián)能泛函；
9、s5、結(jié)果獲?。韩@取第一性原理計(jì)算軟件vasp的outcar文件中magnetization部分的tot數(shù)據(jù)以及oszicar文件中的mag數(shù)據(jù)。
10、作為本發(fā)明所述的一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中，步驟s1中，根據(jù)晶格原子結(jié)構(gòu)，做出磷烯晶胞的具體步驟如下：
11、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或理論計(jì)算，確定磷烯的晶格參數(shù)，包括晶格常數(shù)a、b、c和夾角α、β、γ；
12、根據(jù)晶格參數(shù)，選擇合適的基矢a、b、c，使得它們構(gòu)成一個(gè)正交晶系，在基矢構(gòu)成的晶胞內(nèi)，根據(jù)磷烯的原子結(jié)構(gòu)，確定每個(gè)磷原子的位置；
13、將確定位置的磷原子連接起來，構(gòu)建出磷烯的晶胞。
14、作為本發(fā)明所述的一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中，步驟s2中，根據(jù)鐵摻雜濃度的不同，選擇不同倍數(shù)的擴(kuò)胞的具體步驟如下：
15、根據(jù)鐵摻雜濃度x％計(jì)算鐵原子的數(shù)量：其中，n為原始晶胞中磷原子數(shù)量；
16、根據(jù)原始晶胞可摻雜位置數(shù)n1，要摻雜的鐵原子數(shù)m，擴(kuò)胞倍數(shù)在d、e、f方向上，擴(kuò)胞后總可摻雜位置數(shù)為n2,通過求解n2≥m來確定合適的d、e、f值。
17、作為本發(fā)明所述的一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中，步驟s3中，將鐵吸附在磷烯二維材料表面或者將鐵摻雜在磷烯的褶皺內(nèi)。
18、作為本發(fā)明所述的一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中，步驟s5中，在oszicar的最后一行數(shù)據(jù)中，給出了晶胞的總磁化率，在outcar的tot數(shù)據(jù)中，給出了局域磁矩的總和，局域磁矩是通過計(jì)算rwigs定義的以原子位置為中心的“球體”中自旋向上和自旋向下的電荷的差異獲得，這些球體的總和通常小于晶胞的總體積。
19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明基于由量子理論發(fā)展起來的密度泛函理論計(jì)算，可以對不同摻雜濃度下磷烯的磁矩進(jìn)行預(yù)測，本發(fā)明的理論計(jì)算過程簡單高效，能夠有效指導(dǎo)樣品制備和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，大大提高實(shí)驗(yàn)效率，降低時(shí)間成本和材料成本。
1.一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，基于第一性原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，所述計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法具體步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，根據(jù)晶格原子結(jié)構(gòu)，做出磷烯晶胞的具體步驟如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，根據(jù)鐵摻雜濃度的不同，選擇不同倍數(shù)的擴(kuò)胞的具體步驟如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，將鐵吸附在磷烯二維材料表面或者將鐵摻雜在磷烯的褶皺內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算鐵摻雜磷烯二維稀磁半導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于，步驟s5中，在oszicar的最后一行數(shù)據(jù)中，給出了晶胞的總磁化率，在outcar的tot數(shù)據(jù)中，給出了局域磁矩的總和，局域磁矩是通過計(jì)算rwigs定義的以原子位置為中心的“球體”中自旋向上和自旋向下的電荷的差異獲得，這些球體的總和通常小于晶胞的總體積。