Электронная структура и физические свойства интерфейсов графен/MeO (Me=Al, Mn)

• Автор: Ершов, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 217 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Строение, физические свойства, методы синтеза и исследования перспективных планарных углеродных структур
1.1. Методы синтеза
1.2. Методы исследования из первых принципов
1.3. Экспериментальные методы исследования поверхностей и интерфейсов
2. Физические основы зонных расчетов ЗБ и 213 структур в рамках теории функционала плотности
2.1. Приближение Кона-Шэма
2.1.1. Функционалы полной энергии
2.1.2. Процедура самосогласования
2.1.3. Явные функционалы полной энергии
2.2. Плоские волны. Энергия обрезания
2.3. Формализм псевдопотенциала в расчетах с использованием плоских волн
2.3.1. Ультрамягкие псевдопотенциалы
2.4. Метод присоединенных волн с использованием проекционных функций
2.4.1. Электронная плотность
2.4.2. Полная энергия
2.4.3. Оператор Гамильтона
2.5. Обменно-корреляционные функционалы в приближении Кона-Шэма
2.5.1. Приближение локальной плотности
2.5.2. Обобщенное градиентное приближение
2.5.3. Гибридные функционалы
2.6. Модель двухпериодической и трехпериодической пластины
3. Конструирование и тестирование модельных псевдопотенциалов и
PAW-эффeктивныx потенциалов
3.1 Процедура построения и тестирования атомного псевдопотенциала
3.1.1. Углерод

3.1.2. Кислород
3.1.3. Марганец
3.2. Методика проведения расчетов
3.3. Расчет простых углеродных структур с использованием сконструированных эффективных потенциалов
3.3.1. Алмаз
3.3.2. Графит
3.3.3. Графен
3.3.4. Двухмонослойный графен
4. Атомная структура и электронные свойства поверхностей (0001) а-А1203 и их
интерфейсов с графеном
4.1 Объемные свойства кристалла а-АЬ03 по данным ab initio расчетов
4.2. Структурные и электронные свойства поверхности (0001) а-А1203
4.3. Адсорбция водорода на поверхности (0001) а-А1203
4.4. Интерфейс графен/а-А1203 (0001)
4.5. Двойной слой графена на а-А1203(0001)
5. Исследование полярных и неполярных поверхностей монооксида марганца и его интерфейсов с графеном
5.1. Объемные свойства МпО
5.2. Структурные и электронные свойства поверхности МпО (001)
5.3. Свойства поверхности МпО (111)
5.4. Атомная структура и электронные свойства
интерфейсов графен/МпО(111)
5.5. Атомная структура и электронные свойства
интерфейса графен/МпО(001)
Заключение
Список цитированной литературы
Список публикаций автора
Приложение. Итерационная диагонализация

Введение
Актуальность темы. В последние годы большой интерес для исследований представляют такие недавно открытые углеродные планарные структуры, как однослойный и многослойный графен, а также интерфейсы графен/диэлектрик, графен/полупроводник и графен/ферромагнитный металл. Данный интерес вызван, прежде всего, открытием в 2004 году кристаллитов графена и возможностью использовать его уникальные свойства [1 - 5]. С точки зрения практического применения, графен, прежде всего, интересен как материал для создания наноэлектронных устройств. Высокая подвижность носителей заряда (порядка 15000 смВ’с'1 при комнатной температуре) [1, 6] и легкость присоединения электродов, сделали графен одним из главных кандидатов на роль основного материала посткремниевой электроники. Являясь двумерной системой, графен обеспечивает абсолютный предел миниатюризации, по крайней мере, в одном измерении, и идеальным образом подходит к современным планарным технологиям создания интегральных схем с помощью стандартных способов нанолитографии [4], что было бы невозможно при использовании, например, углеродных нанотрубок.
Наиболее вероятный путь использования удивительных свойств графена лежит в создании композиционных материалов, например, широко используемых в электронике и спинтронике многослойных систем — гетероструктур [А1, А2, А5] . Поскольку графен является двумерным материалом, состоящим из атомного слоя углерода, его электронные, магнитные и оптические свойства сильно зависят от выбора подложки. За последние несколько лет успешно синтезированы и исследованы графеновые слои на поверхности многих металлов, в частности Ni (на разных гранях (111), (ПО), (311) и (771)) [7 - 11], Pd(100), Pd(lll), Мо(110), Pt(l 11) и Ir(lll), карбидах [12, 13], и оксидах [14 - 16] т.е. на подложках с разной кристаллогеометрией поверхности, что говорит об актуальности данной проблемы. Кроме того, к настоящему времени имеется ряд теоретических работ, в которых с помощью квантово-механических методов исследованы свойства графена на различных металлических и диэлектрических

Еш[р] = Т0[р] + Ен[р] + Еж[р + Гех1[р
+1 Р(Е)оех1{г)сГг + Ехс[р]
где Ен[р- классическая энергия кулоновского взаимодействия (отталкивания) плотности р в точке г с той же плотностью в точке г'. Множитель '/2 введен во избежание повторного счета.
Итак, эффективный потенциал можно записать как сумму:
(г) = °ех,(г) + оя (г) + ихс (г) . (2.12)
Потенциал Хартри как
.. _ г РІП
• I г — г'I
4ля0 *! | Г - г' или в единицах Хартри
(2.13)

- Г ЖН л
• (2-14)
иех( - внешний потенциал, связанный с притяжением атомных ядер и наличием каких-либо дополнительных внешних полей (например, электрических).
Здесь обменно-корреляционный потенциал:
охср(г) = . (2.15)
5р(г)
2.1.2. Процедура самосогласования. Уравнения КШ должны быть решены при условии, что эффективный потенциал и электронная плотность согласованны. Оператор Хартри и обменно-корреляционный оператор зависят от электронной плотности в данной точке, в то же время эта плотность зависит от спин-орбиталей КШ, которые необходимо найти, решая уравнения КШ. Однако для решения этих уравнений необходимо знать он(г) и охс(г). Для решения данной проблемы необходима итерационная процедура. Упрощенно эта процедура (аналогично [88, 97]) описана ниже (рис. 2.1) (описание процедуры итерационной диагонализации дано в приложении).