-
近来，由于C4N3在自旋电子学的应用潜力和过渡金属无磁性和半金属性一直是的研究活动的重要主题。我们第一次通过泛函密度理论表明，最近实验实现石墨碳氮化（g - C4N3）显示一个铁磁基态。此外，这种新型材料，预计拥有内在半金属性至今没有报告。我们的研究结果突出表明了这种材料对现实不含金属的自旋电子学的应用的新希望。25914
- 上一篇：激光水下探测国内外研究现状
- 下一篇：消费者食品购买意愿国内外研究现状
自旋电子学是争取开拓有关电子自旋,充电的逻辑和存储器件的学科，并且它开始了一场信息处理的革命[2]。一个关键的挑战，在这方面的一个激励创新，在费米能级产生100％的自旋极化电流。半金属材料它是充分满足电流成一个单一的旋转通道这种需求滤的材料[3-4]。到现在为止，某些材料已被证明为半金属如钙钛矿锰[5]，哈斯勒化合物[6]，金属-DNA复合物[7]，过渡金属掺杂稀磁性半导体[7]，和纳米异质硅[8-10]。在这些材料中，过渡金属被认为具有半金属性。然而，过渡金属包含系统可能不与当前许多成熟的技术一致，它主要依赖于主族半导体。另外，大多数过渡金属原子的自旋耦合将导致在很短的自旋弛豫时间，大大影响了自旋电子学设备的性能。 论文网
最近，单层的石墨，即2D石墨烯，由于其独特的电子特性，已引起相当多的研究关注[11-13]。当石墨烯被切割成一个一文的石墨烯纳米带，锯齿边缘与有限尺寸效应将会诱发磁性[14]。相对于锯齿形的石墨烯纳米带的磁性一个有趣的应用是伯克利组在有电场存在的条件下对其半金属性的预测。这为下一代无金属自旋电子学的发展开辟了一个令人振奋的途径。在实验环境下面内所需的电场太强而难以获得[15-16]。然而，一些新的策略，已经提出实现这样的非金属物半金属性[17]。Kan et al. and Dutta et al.等对在锯齿形的石墨烯纳米带分别通过小的有机分子，或B / N的掺杂剂边缘修饰后做的半金属性预测。虽然这些方法是成功的在不存在电场时示出了半金属性，它仍然因为官能团或B/ N掺杂的精细控制位置的困难导致实验不切实际。氢化的石墨烯或h-BN片已报道是铁磁体和半金属物，但实验实现氢化的仍然是由当前的技术的一大挑战，因为它们常常随机的加到寄主上。最近，发现铁电体聚（vinylidence氟化物）是物理吸附到石墨烯，并且可以实现半金属和绝缘状态之间切换。混合的C /氮化硼纳米管也已经预测为半金属，由于这两个边界之间的化学势差特性。我们团队也报道了在有限长度的碳纳米管纳米点和含有空位单层的H-BN中有新颖的半金属性。尽管有许多有趣的研究，非金属的半金属性在所有的预测系统中从未在实验中报告。可能的原因是，所有的关于半金属理论的预测中C / BN系化合物需要经仔细选择性掺杂或强烈的外部电场，这就可能使实验很大程度上无法实现。
最近，Dai组使用一种基于交联的含腈阴离子的离子液体的新方法来产生官能化的碳材料。实验包涵合成离子液体的高温热解和化学键在热解残渣中重排。所形成的碳网络具有含有大量的氮苯结构单元，指出了一种新型石墨碳化（g- C4N3）材料[图1（a）]。这种材料基本上是C掺杂石墨C4N3。在非磁性g- C4N3中N原子与的一个C原子替换，将会使石墨 C4N3中注入一个空穴，其可显著改变它的电磁特性。为了探索这种效果，标准密度泛函理论和国家的最先进的混合动力理论已经对实验上合成的g- C4N3材料进行了计算。值得注意的是，这种材料显示一个铁磁基态。此外，它的能带结构是半金属性的，这样，该材料的出现使自旋电子学的应用呈现大好前景。
1 a,b和c,d分别表示g- C4N3和重建g- C4N3的全视图和顶视图 绿色和蓝色小球分别表示C和N原子