The screening effects on field enhancement factor of zigzag graphene nanoribbon arrays: A first-principles study
采用第一性原理计算研究了场屏蔽效应对锯齿型石墨烯纳米带（ZGNRs）电子和场发射性质的影响.系统地研究了带间距和带宽度对锯齿型石墨烯纳米带（ZGNRs）的功函数、场增强因子、带隙和边缘磁性的影响。研究发现，ZGNRs的功函数随着带间距离Dx的增加而迅速增加，这是由带边缘的正偶极子引起的。对于给定的Dx，ZGNR的功函数随着带宽度W的增加而减小。带宽越大，带间距对功函数的影响越大。利用一个简单的线性插值模型，我们可以得到任意带宽的ZGNR的功函数。对于Dx < W的情况，场增强因子随着带间距离的增加而迅速增加。当我们进一步增加Dx时，增强因子缓慢增加，然后趋于饱和。ZGNR的带间距离可以调制带隙和边缘磁性的大小。以上这些现象都可以用筛选效应来解释。
2017-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Void defect induced magnetism and structure change of carbon materials-1, Graphene nano ribbon
空洞缺陷是纯碳材料类铁磁特性的一个可能来源。应用密度泛函理论研究了空位缺陷诱导石墨烯纳米带（GNR）的多重自旋态与结构变化的关系。通过碳原子的重新键合，使含六个电子的初始空穴的等边三角形变形为等腰三角形。在可能的自旋状态中，最稳定的状态是Sz=2/2。当Sz=4/2时，初始的扁平带转变为三维卷曲带，带边具有高度极化的自旋组态。Sz=4/2的总能量与Sz=2/2的总能量非常接近，这表明扁平带和卷曲带共存。作为三维石墨的模型，分析了双层AB叠层GNR。自旋分布仅限于空隙产生层。分布的空穴三角形显示不同位置空穴顺时针旋转60 °，这与使用扫描隧道显微镜的实验观察一致。(To发表于Journal of the Magnetic Society of Japan，2021）
2021-04-20 astro-ph.GA cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-tuning of vacancy-induced magnetism in graphene nanoribbons
石墨烯中的空位导致具有非零自旋矩的局域电子态的出现。利用平均场哈伯德模型和有效双量子点描述，研究了应变对半导体扶手椅型纳米带中空位诱导态的局域化和磁性的影响.我们发现单空位的交换劈裂和双空位的单重态-三重态劈裂可以通过施加单轴应变进行广泛的调谐，这对于自旋电子学应用是至关重要的。
2016-01-09 cond-mat.mes-hall
Optimizing isotope and vacancy engineering in graphene ribbons to enhance the thermoelectric performance without degrading the electronic properties
热电优值ZT的提高需要增加功率因数或降低声子电导，甚至两者兼而有之。在石墨烯中，高的声子热导率是限制热电转换的主要因素。因此，提高ZT的常用策略是引入声子散射体以抑制声子电导，同时保持高电导和塞贝克系数。尽管热电性能最终得到增强，但基于该策略的所有研究均显示电导显著降低，通常导致较低的电子性能。在这项研究中，我们表明，适当的来源的障碍，包括同位素和空位在最低的电子密度的位置，可以被用作声子散射体，以减少在石墨烯带的声子电导，而不会降低电导，特别是在低能量区域，这是最重要的范围为设备操作。通过半经验紧束缚和力常数模型结合非平衡格林函数的原子计算，我们发现石墨烯带的自然电子性质可以完全保留，同时其热电效率大大提高.对于宽度M = 5二聚体线的带，室温ZT从小于0.26的无缺陷带提高到大于2.5。这项研究很可能为新一代具有双电子热电功能的纳米器件设定里程碑。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall
Theory of inter-edge superexchange in zigzag edge magnetism
具有锯齿形边缘的石墨烯纳米颗粒具有带隙的磁性基态，其具有反铁磁边缘间超交换相互作用。我们提出了一个理论的基础上的狄拉克模型带波函数的渐近性质预测$W^{-2}$和$W^{-1}$带宽度依赖的超交换相互作用强度和电荷间隙分别。我们发现，与传统的原子尺度的超交换的情况下，相反的自旋取向的相对边缘的带的动能和相互作用能的青睐。
2008-12-04 cond-mat.mes-hall
Noncollinear magnetism and half-metallicity in biased bilayer zigzag graphene nanoribbons
本文研究了锯齿形终端的偏压Bernal堆叠双层石墨烯纳米管的边缘极化及其后果。根据边缘极化之间的层间耦合和层内耦合对磁态进行了分类，并给出了掺杂对偏置电压的磁相图。发现了共面磁相，并研究了其磁结构随偏压的变化。对于所有的磁态，我们也讨论了半金属态的可能性，对于具有完美锯齿边缘的带，我们预测了七种半金属态，它们具有不同的磁结构和沿带的量子化电导。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the connection between structural distortion and magnetism in graphene with a single vacancy
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了含单空位石墨烯的结构畸变与磁性出现之间的关系.我们的结果表明，在空位周围形成了一个局部畸变，两个原子键的重建和一个悬挂键保留在邻近空位的第三个原子上。然后对第三个原子可能的面外位移进行了系统的研究，以确定它对系统磁特征的影响。基态被明确地发现是磁性的和平面的，自旋分辨的$σ$和$π$带对总磁矩有贡献。然而，我们还发现，如果第三原子从石墨烯平面的初始位移高于最小阈值，则可以实现亚稳态解，这导致非平面几何形状和非磁性状态。
2012-11-12 cond-mat.mes-hall
Quantum Monte Carlo studies of edge magnetism in chiral graphene nanoribbons
我们研究了手性石墨烯纳米带的局部哈伯德模型描述下的投影量子蒙特卡罗模拟和研究电子-电子相互作用的影响在带的边缘的电子和磁性。静态和动态特性的不同宽度和边缘手性的纳米带进行了分析，并比较自洽的Hartee-Fock平均场近似。我们的研究结果表明，对于足够宽的手征带，自旋相关性表现出非常长的相关长度，即使是锯齿形的部分，以及间隔定期扶手椅区域。在不同的带状宽度和手性的磁相关特性增强与紧束缚极限的这种带的能隙。我们确定了局部谱函数中的局部态密度和低能模式中的特定特征，其与沿石墨烯纳米带增强的电子相关性直接相关，并且可以通过扫描隧道光谱进行访问。
2013-05-06 cond-mat.mes-hall
Towards a Rigorous Proof of Magnetism on the Edges of Graphene Nano-ribbons
石墨烯纳米颗粒的锯齿形边缘支持局部零模式，忽略相互作用。主要基于平均场参数和数值方法，已经提出相互作用可以在边缘上产生大的磁矩。通过考虑弱耦合极限下的哈伯德模型，U<<t，对于有胡须的以及锯齿形的边缘，我们论证了这样的磁状态，基于Lieb定理。将Hubbard相互作用投影到平边带上，证明了一维模型具有全极化铁磁基态。我们还研究了激子和第二近邻跳跃的影响，以及作用于边缘的势能项，提出了一个简单的和可能准确的相图与磁矩变化平滑到零。最后，我们考虑修正的二阶U所产生的整合出的无隙体狄拉克激发。
2012-07-11 cond-mat.mes-hall
Graphene nanoribbons subject to gentle bends
由于石墨烯纳米带薄而脆弱，它们需要支撑。支撑为应用提供了坚实的基础，粘合力使色带保持平坦，尽管不一定是直的：高纵横比的色带容易弯曲。然而，弯曲对带的电子性质的影响是未知的。因此，本文研究了平面和轻微弯曲的石墨烯纳米带的机电学。密度泛函紧束缚和修正的周期性边界条件的模拟表明，扶手椅带的轻微弯曲可以导致显着的能隙变宽或变窄。此外，在锯齿形带中，由于轴对称破缺，即使没有磁性，也可以打开相当大的能隙。这些结果表明，在电子测量的支持带，这样的弯曲必须注意。
2012-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Signatures of Edge-State Magnetism on Graphene Nanoribbons
我们使用投影量子蒙特卡罗模拟和自洽平均场近似的哈伯德模型研究了石墨烯纳米带的边态磁性。静态磁关联被发现是短期的。然而，相关长度增加的宽度的带状物，这样已经为中等宽度的带状物，我们观察到一个强烈的趋势，平均场型铁磁相关性在锯齿形边缘。这些相关性是伴随着一个占主导地位的低能量峰值在本地的光谱功能，我们建议，这可以用来检测边缘状态的磁性扫描隧道显微镜。动态自旋结构因子在边缘的一个带表现出一个近似线性分散集体磁振子模式在低能量衰减到斯通纳模式超出的能量尺度，它合并到粒子-空穴连续。
2011-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
A critical analysis of vacancy-induced magnetism in mono and bilayer graphene
石墨烯和石墨烯基材料中的内禀磁序的观察依赖于磁矩的形成和足够强的相互作用。空位被认为是磁矩的主要来源。在这里，我们提出了一个深入的密度泛函理论研究的自旋分辨电子结构的（单原子）空位在石墨烯和双层石墨烯。我们使用两种不同的方法：SIESTA代码和集群嵌入式计算的ALACANT包的超晶胞计算。我们的结果是结论性的：空位引起的扩展$π$磁矩，它目前的长程相互作用，并能够磁有序，消失在任何实验相关的空位浓度。这适用于$σ$键钝化和未钝化的重构空位，尽管对于未钝化的空位，$π$磁矩的消失伴随着非常大的磁化率。仅对于完全$σ$键钝化的不太可能的情况，防止空位的重建，对于单层和双层情况，恢复$π$扩展磁矩的1 $μ_B$的全值。我们的研究结果搁置了石墨烯基系统中空位诱导的铁磁或反铁磁有序的主张，同时仍然为$σ$型顺磁性敞开了大门。
2012-03-29 cond-mat.mes-hall
The effect of vacancy-induced magnetism on electronic transport in armchair carbon nanotubes
利用Landauer方法，在相干态下研究了三种空位周围局域磁矩的形成对金属单壁碳纳米管电子传导的影响.该方法是基于单带紧束缚哈密顿量，表面格林函数计算，和平均场哈伯德模型。数值结果表明，由于局域化的磁矩，电子输运是自旋极化的，并且强烈地依赖于空位的几何形状。对于所有类型的空位，通过包括本地磁矩的影响，电子散射增加相对于双空位的情况下，因此，系统的电流-电压特性的变化。另外，通过施加合适的栅极电压，可以获得高的电子自旋极化值。
2010-06-17 cond-mat.mes-hall
Structure, Stability, Edge States and Aromaticity of Graphene Ribbons
我们通过密度泛函理论确定了氢封端的石墨烯纳米带边缘的稳定性、几何形状、电子和磁性结构作为环境中氢含量的函数。反铁磁锯齿形带只有在极低的超真空压力下才是稳定的。在更标准的条件下，最稳定的结构是单-和二-氢化扶手椅边缘和具有一个二-和两个单-氢化位点的锯齿形边缘重构。在高氢浓度下，“大块”石墨烯不稳定，并且自发地断裂形成带，类似于在溶液中实验观察到的石墨烯自发断裂成小宽度纳米带。奇异边缘电子态和/或磁性的稳定性和存在是合理的，从有机化学的简单概念（克拉尔规则）
2008-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size, vacancy and temperature effects on Young's modulus of silicene nanoribbons
我们报告的杨氏模量（YM）的无缺陷和有缺陷的硅烯纳米带（SNRs）的长度和温度的函数的结果。在这项研究中，我们进行分子动力学模拟使用环境依赖的原子间相互作用势（EDIP）来描述硅原子的相互作用。我们发现，原始的和有缺陷的信噪比的杨氏模量的增加，在两个手性方向的带状长度。结果表明，有缺陷的SNR的杨氏模量表现出复杂的依赖于空位的组合。对于温度，我们发现YM的SNRs与空位缺陷和没有表现出非线性行为，它可以定制为一个给定的长度和手性。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic, Magnetic and Transport Properties of Graphene Ribbons Terminated by Nanotubes
通过密度泛函和大尺度紧束缚输运计算，研究了最近提出的石墨烯带的电子结构、磁性和输运性质，这些石墨烯带的边缘被卷起形成纳米管。扶手椅型纳米管的边缘呈现磁矩，其位于管或带中，并具有金属或半金属特征，这取决于结的对称性。这些性质具有潜在的自旋阀和自旋过滤器设备的优势，比其他提出的系统。锯齿形纳米管的边缘是金属的或半导体的，而不影响带的本征迁移率。通过改变纳米管和带的类型和尺寸，提供了定制磁性和传输特性的可能性，使这些系统非常有应用前景。
2012-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Magnetisms in $p$-type monolayer gallium chalcogenides (GaSe, GaS)
用密度泛函方法研究了$p$型单层GaX（X=S，Se）的磁性.由于价带边缘附近的态密度很大，这些单层半导体在很小的空穴掺杂范围内是铁磁的。本征Ga空位能提高局域磁矩，而Se空位不能。空位引起的局部磁矩之间的磁耦合是铁磁性的，并且令人惊讶地长范围。结果表明，磁化强度可以通过空穴掺杂诱导，并可以通过控制缺陷的产生来调节。
2014-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dilute Magnetism and Edge-State Engineering in Monolayer SnO
Kwansei Gakuin University（关西学院大学）；National Institute for Materials Science (NIMS)（国立材料研究所）；Osaka University（大阪大学）
通过密度泛函理论研究过渡金属掺杂单层SnO的电子和磁性性质，发现杂质诱导局域磁矩并产生近费米能级无色散带，同时构建纳米带揭示边缘态行为，为自旋电子学和纳米电子学应用提供途径。
2026-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxygen vacancies at titanate interfaces: two-dimensional magnetism and orbital reconstruction
我们发现，在钛酸盐界面处的氧空位诱导复杂的多轨道重构，其中包括降低局部对称性和反转的t2g和eg轨道导致相邻的O空位的Ti原子的eg轨道的占领。的轨道重建强烈依赖于O空位的集群，并可以伴随着磁分裂的本地EG轨道与叶指向的空缺和接口dxy轨道之间。重建产生的二维界面磁状态没有观察到散装SrTiO 3。利用广义梯度近似（LSDA）与原子内库仑排斥（GGA+U），我们发现这种磁状态是常见的钛酸盐表面和界面。
2012-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Carrier Density and Magnetism in Graphene Zigzag Nanoribbons
在$π$轨道Hubbard模型平均场近似下研究了锯齿形石墨烯纳米颗粒中载流子密度对磁性的影响。半填充的结构改变了磁性，导致了带内电荷密度变化和相对边缘平行自旋排列的状态。有限的载流子密度导致边缘附近的自旋密度稳步下降，最终导致磁性消失。在低掺杂浓度下，系统表现出多铁性秩序的趋势，其中边缘电荷和自旋同时极化。
2009-06-25 cond-mat.mes-hall
Coulomb charging energy of vacancy-induced states in graphene
石墨烯中的空位已经被提出在碳材料中产生类似$π$的磁性，最近的实验证据支持了这一猜想。这种“空位磁性”的一个关键因素是空位诱导电子态中磁矩的形成。在这项工作中，我们计算的充电能量$U$的单空位产生的局域态的块状石墨烯和石墨烯带。我们使用紧束缚模型来计算的依赖性的充电能量$U$的局部波函数的振幅上的石墨烯晶格网站。我们发现，散装石墨烯$U$规模与系统大小$L$为$(\ln L)^{-2}$，证实了文献中的预测，基于启发式参数。相比之下，我们发现，对于现实的系统尺寸$U$是电子伏特的顺序，一个值是数量级高于以前报道的估计。最后，当边缘被认为是，我们表明，$U$是非常敏感的空位位置相对于石墨烯片边界。在扶手椅纳米带的情况下，我们发现在某些空位位置的$U$的强烈增强相比，在散装石墨烯的空位的值。
2016-05-12 cond-mat.mes-hall
Sensory organ like response determines the magnetism of zigzag-edged honeycomb nanoribbons
我们提出了一个解析理论的锯齿形边缘终止的蜂窝状纳米带的磁相图描述的哈伯德模型与相互作用参数U。我们表明，边缘磁矩变化为ln U，并揭示其依赖于宽度W的带。这一现象的物理学起源于纳米带的感觉器官样反应，表明要理解这些系统的磁性，需要考虑通常的Stoner-Landau理论之外的因素。在掺杂空穴或电子时，发生从相对边缘上的磁矩的反平行取向到平行取向的一阶磁性转变。这种过渡的临界掺杂示出成反比的带状物的宽度。使用变分蒙特卡罗计算，我们表明，磁性是强大的波动。此外，我们表明，磁相图是通用的锯齿形边缘终止的纳米结构，如纳米点。此外，我们进行第一性原理建模，以显示如何在取代的石墨烯纳米带中实现这样的磁性转变。
2012-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Design of Magnetic Graphene-ribbon for 100 Tera-bit/inch2 Information Storage Media
磁性石墨烯带是实现未来超高密度100兆比特/英寸2级数据存储介质的候选者。基于密度泛函理论对多自旋态进行了分析。一个典型的模型是超级电池[C80 H7]，其在一侧锯齿形边缘上具有裸露的（自由基）碳，而在另一侧上具有单氢化。通过优化原子构型，自洽计算表明，最高自旋态的总能量比低自旋态的总能量更稳定，这是由于碳原子之间的交换耦合作用。该分析表明了利用这种化学边缘改性的石墨烯带设计磁性数据轨道的能力。为了提高面磁化强度，分析了双层和四层石墨烯带模型。详细的计算结果表明，自旋最高的态也是最稳定的态。增加层数是实现和增强强磁性的有效途径。
2012-08-13 cond-mat.mes-hall
Nitrogen-Vacancy Magnetometry of Edge Magnetism in WS2 Flakes
该研究利用室温NV金刚石宽场磁测量直接观测WS2薄片的边缘局域杂散场，并结合磁模拟揭示其倾斜边缘磁化，为边缘可控二维自旋电子器件提供依据。
2025-07-27 cond-mat.mes-hall
Enhanced Ferromagnetism in Lacey Reduced Graphene Oxide Nano-ribbon
在石墨烯基化合物中引入磁性为潜在的自旋电子学应用带来了巨大的希望。通过优化点缺陷和缺陷的高边缘密度，我们报告了与其他石墨烯衍生物相比，lacey还原氧化石墨烯纳米带（LRGONR）中的铁磁饱和磁矩增加了许多倍。使用化学解链方法合成样品。详细的结构和形态表征进行了讨论，包括XRD，拉曼，SEM，HRTEM和XPS测量。对磁化强度数据的Brilluoin函数分析反映了J = 7/2的最佳拟合，饱和力矩为1.1 emu/g。在LRGONR的磁化的微观起源被分配到高的边缘缺陷密度，这也被关联到微观结构。
2017-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dispersions and magnetism of strain-induced pseudo Landau levels in Bernal-stacked bilayer graphene
本文研究Bernal堆叠双层石墨烯锯齿形纳米带中的应变诱导赝朗道能级，通过耦合Dirac模型解析其色散，并揭示第零、第一能级的亚晶格极化及相互作用产生的全局反铁磁序。
2024-10-29 cond-mat.mes-hall
Edge-Insensitive Magnetism and Half Metallicity in Graphene Nanoribbons
在石墨烯/碳纳米结构中实现磁性是一个长达十年的挑战。锯齿形石墨烯纳米带中的磁边缘状态和半金属性是特别有前途的[Y. W. Son等人，Nature 444，347（2006）]。然而，它的实验实现一直受到单氢化锯齿形边缘的严格要求的阻碍。使用第一性原理计算，我们预测，自由载流子掺杂可以克服这一挑战，实现铁磁性和半金属性的一般类型的边缘结构的窄石墨烯纳米带。这种磁性存在于栅极掺杂实验的密度范围内（~1013 cm-2），并且具有高达17 meV/载流子的大自旋极化能量，这引起了相当于几百特斯拉的外部磁场的塞曼分裂。最后，我们追踪这种边缘不敏感磁性的形成机制，带边附近的电子态的量子限制，并揭示了磁性与带宽的标度律。我们的研究结果表明，结合掺杂和量子限制可能是一个通用的工具，实现轻元素纳米结构中的过渡金属的磁性。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The missing atom as a source of carbon magnetism
原子空位对石墨烯类材料的力学、电学和磁学性能有很大的影响。通过在石墨表面上人工产生孤立的空位并在原子尺度上测量它们的局域态密度，我们已经展示了单个空位如何改变这种石墨烯类系统的电子性质。我们的扫描隧道显微镜实验，辅以紧束缚计算，揭示了存在一个尖锐的电子共振费米能量周围的每一个单一的石墨空位，这可能与形成局部磁矩，并意味着一个显着的减少载流子的流动性。虽然单层石墨烯中的空位自然会导致任意符号的磁耦合，但我们的研究结果表明，仅通过随机去除单个C原子就可以在多层石墨烯样品中诱导宏观亚铁磁态。
2010-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous magnetism in hydrogenated graphene
我们重新审视的问题，在石墨烯中的局部时刻形成由于化学吸附的单个原子氢或其他类似的sp $^3$共价官能化。我们用单轨道Hubbard模型来描述石墨烯，使得H的化学吸附等效于蜂窝晶格中的空位。为了规避与周期性晶胞相关的人工制品，我们使用高达$8\times10^5$站点的巨大模拟单元，或者允许在原始无限蜂窝晶格中建模单个空位的嵌入方案。我们发现三个结果，强调在这个系统中的磁矩（$m$）的异常性质。首先，在非相互作用（$U=0$），零温度（$T=0$）的情况下，$m(B)$是一个连续的光滑曲线与发散的磁化率，不同的阶梯式常数函数发现一个单一的不成对的自旋在一个有间隙的系统。第二，对于$U=0$和$T>0$，线性磁化率遵循指数为$α=0.77$的幂律$\propto{T}^{-α}$，不同于传统的居里定律。对于$U>0$，在平均场近似下，积分矩小于$m=1μ_B$，与使用周期性晶胞的结果相反。这三个结果突出了由石墨烯中的sp $^3$官能化引起的局部矩的磁响应与间隙系统中的局部矩的磁响应不同，对于间隙系统，磁矩是量子化的并且遵循居里定律，并且与导体中的泡利顺磁性不同，对于泡利顺磁性，线性磁化率可以定义为$T=0$。
2017-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of half-semimetallicity induced at interfaces of C-BN heterostructures
第一性原理密度泛函计算进行了C-BN异质结。结果表明，锯齿形的石墨烯带和BN带的极性效应的边缘状态的磁性合作，以给出自旋不对称屏蔽，诱导半半金属性在界面处，与间隙的至少十分之几的电子伏特的一个自旋取向和一个微小的间隙的百分之几的电子伏特的其他。与带状宽度的依赖关系进行了讨论，显示出一个范围内的带状宽度是需要获得半半金属。这些结果开辟了新的路线，调整纳米界面的电子特性，并探索新的物理效应类似于在氧化物界面，在较低的尺寸。
2010-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Interaction Dependence in Magnetism of Graphene Nanoribbons with Zigzag Edges
采用平均场近似对具有在位排斥$U$的哈伯德模型进行近似，研究了锯齿形边缘石墨烯纳米带的磁有序态性质.我们观察到，磁矩和临界温度作为$U$的函数显示出异常的幂律依赖性;功率的实际值仅由带的宽度决定。发现这种奇异行为是由于接近费米能的电子态的局域化性质。
2010-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Doping induced magnetism and half-metallicity in nanoribbons of quartic dispersion materials
研究通过掺杂诱导四次散射材料纳米带的磁性和半金属特性，发现其自旋极化能显著增强，且受边缘钝化和带宽影响，偏离Stoner机制。
2025-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Polarized Ground States and Ferromagnetic Order Induced by Low-Coordinated Surface Atoms and Defects in Nanoscale Magnesium Oxide
利用混合密度泛函理论研究了表面低配位原子对MgO纳米晶缺陷诱导磁性的影响。已经证明，当Mg空位被引入到立方体状MgO团簇的角部时，磁态的总能量比单重态的总能量低1-2 eV，导致自旋极化的基态。自旋密度不仅位于邻近角落Mg空位的周围O原子处，而且还沿着方向延伸到远处（1 nm或更长）的低配位表面O原子<110>。这种定向自旋离域允许远程Mg空位-Mg空位相互作用，最终导致自发的长程铁磁相互作用。
2012-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-local exchange effects in zigzag edge magnetism of neutral graphene nanoribbons
在$π$ -轨道非限制Hartree-Fock近似下研究了中性锯齿形石墨烯纳米颗粒中交换的非定域性。在这个理论中，我们发现，磁功能进一步稳定的边缘内和边缘间的交换相比，平均场论的Z字形带的基础上本地交换（如哈伯德模型或从头局部密度近似）。边间交换使磁基态解的带隙增强。这种增强的交换作用对边缘态的影响不能通过具有重整化参数的局域相互作用令人满意地实现。
2011-01-28 cond-mat.mes-hall
Quantum Nature of Edge Magnetism in Graphene
有人认为，从退相干为主的经典磁性的波动为主的量子磁性的微妙的交叉是实验上可访问的石墨烯纳米带。我们表明，纳米尺度的宽度决定了边缘磁性是否在经典侧，量子侧，或在两者之间。在经典的制度，退相干是占主导地位的，并导致静态自旋极化在带的边缘，这是很好地描述了平均场论。量子芝诺效应被确定为负责自旋极化的基本机制，从而使石墨烯在自旋电子学中的应用成为可能。然而，在量子方面，自旋极化被动力学过程破坏。因此，石墨烯磁性的可调性为量子-经典交叉的研究提供了一条可行的途径。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Vacancy-Induced Topological Fano Resonance in Kane-Mele Nanoribbons: Design, Control, and Sensing Applications
本研究通过在Kane-Mele纳米带中引入在位空位诱导拓扑Fano共振，利用Lippmann-Schwinger散射公式解析模拟，提出超紧凑可调片上集成传感器，为高精度检测微小力、质量和位置开辟新途径。
2024-02-19 cond-mat.mes-hall
Probing divacancy defects in a zigzag graphene nanoribbon through RKKY exchange interaction
利用紧束缚哈密顿量和格林函数方法研究了空位缺陷对锯齿形石墨烯纳米带（zGNRs）的电磁性质的影响.间接交换耦合的演变，称为Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用，包括单，双，和多个5-8-5双空位缺陷的解释。我们的数值计算表明，zGNRs的电子结构和交换耦合的变化取决于显着的双空位缺陷相对于带边缘的位置和双空位缺陷的数量。在两种杂质都位于边缘上的情况下，交换耦合的大小是当它们被放置在纳米晶体内部时产生的几个数量级的强度。此外，周期性的双空位导致带的磁性基态的急剧变化。在高空位势的极限下，RKKY相互作用的强度与费米能近似无关。
2020-06-02 cond-mat.mes-hall
Magnetism in Disordered Graphene and Irradiated Graphite
采用平均场哈伯德模型和第一性原理计算相结合的方法，系统地研究了无序石墨烯和辐照石墨的磁性.通过考虑石墨烯的大尺度无序模型，我得出结论，只有单原子缺陷可以在石墨烯基材料中诱导铁磁性。石墨烯层的保留的堆叠顺序被示出为实现有限的净磁矩的辐照石墨的另一个必要条件。氢的结合和扩散的从头计算和电子-空位复合进一步证实了堆积顺序在质子轰击石墨的$π$ -电子铁磁性中的关键作用。
2008-07-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monitoring of band gap and magnetic state of graphene nanoribbons through vacancies
使用第一性原理平面波计算，我们预测的电子和磁性的石墨烯纳米带可以受到缺陷诱导的巡回状态。氢饱和空穴可以改变扶手椅型纳米带的带隙。由于周期性重复的空位或双空位引起的缺陷诱导金属化，以及由于局部缺陷态的自旋极化引起的非磁性半导体纳米带中的磁化。半导体锯齿带的反铁磁基态可以通过空位缺陷的产生而转变为亚铁磁态，空位缺陷与边缘态相互作用并重构。更值得注意的是，空位缺陷的所有这些影响被发现取决于它们的几何形状和相对于边缘的位置。它表明，这些效果，事实上，可以实现没有真正创建缺陷。
2008-08-11 cond-mat.mes-hall
Vacancy-induced localized modes and impurity band formation in the Haldane model: a quantum dot analogy
本文将Haldane模型映射为动量空间SSH梯，证明单空位零能局域态可由扶手椅边缘态构成，并分析双空位耦合及周期空位导致的杂质带。
2024-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetism of Substitutional Co Impurities in Graphene: Realization of Single $π$-Vacancies
采用{ \it ab initio}计算方法研究了置换掺杂Co（Co $_{sub}$）原子的单层石墨烯的结构、电子和磁性.我们关注Co是因为在传统的铁磁元素（Fe、Co和Ni）中，只有Co $_{sub}$原子在石墨烯中诱导自旋极化。我们的研究结果表明，在石墨烯中的Co替代杂质的复杂的磁性，这是映射到简单的模型，如$π$ -空位和海森堡模型。在我们的工作中建立的链接可以用来将纳米结构的工程与有缺陷的石墨烯中的$π$模型的结果联系起来。原则上，这里考虑的结构可以使用电子辐照或Ar $^+$离子轰击来制造，以产生缺陷并同时沉积Co。
2009-06-30 cond-mat.mes-hall
Vacancy-induced Fano resonances in zigzag phosphorene nanoribbons
最近的扫描隧道显微镜/光谱实验探测黑磷中的单空位的启发，我们提出了一个理论的Fano反共振诱导的锯齿形磷烯纳米带（zPNR）的空位状态和边缘状态之间的耦合。为此，在第一步中，使用紧束缚哈密顿量，我们得到一个解析解的晶格上的状态相关联的一个单一的空缺位于散装磷烯，表现出高度各向异性的本地化在真实空间中。对于有限长的锯齿形带，在不存在粒子-空穴对称性的情况下，空位诱导的局域态可以耦合到边缘态的波函数，从而形成新的束缚态。当空位离边缘足够远时，空位束缚态的能量位于边缘态组成的准平带内。然后，我们采用T-矩阵Lippmann-Schwinger方法，得到一个明确的解析表达式的边缘电子的散射振幅的zPNR的存在下，一个单一的空缺，显示了Fano共振轮廓与可调的下降。我们表明，不同的位置的空位产生实质上不同的影响共振宽度，共振能量的位置，和Fano线形状的不对称参数。此外，理论描述的有效性进行了验证，通过使用Landauer方法的数值。
2018-11-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Inducing and Manipulating Magnetization in Two-Dimensional ZnO by Strain and External Gating
二维结构具有垂直磁各向异性和可切换磁化等有趣的磁性现象，是自旋电子学研究的热点。在此，密度泛函理论的研究揭示了关键的影响，应变和外部门控空位诱导的磁性和自旋方向在石墨烯类氧化锌（ZnO）的单层。与具有O-空位的原始和有缺陷的ZnO相比，Zn-空位的存在由于电荷亏损而对其第一相邻的O和Zn原子诱导显著的磁矩。我们进一步预测，在实际实现的$\sim$ 1- 2\ %的双轴压缩应变或通过电荷密度调制施加电场的情况下，易磁化轴的方向从平面内反转到垂直取向。这种磁化反转是由应变和电场引起的Zn空位的第一相邻Zn原子的自旋-轨道耦合\emph{d}态的变化驱动的。这些发现为利用应变和电场工程来操纵二维材料的磁性和磁化方向开辟了有趣的前景。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Magnetometry with nitrogen-vacancy defects in diamond
金刚石中氮空位（NV）中心的孤立电子自旋系统提供了独特的可能性，可用作纳米级传感器，用于检测和成像弱磁场。具有纳米分辨率和纳米特斯拉范围内的磁场检测能力的磁成像是由这种自然发生的缺陷的原子大小和异常长的自旋相干时间实现的。从这些特性中产生的令人兴奋的观点引发了新兴领域“NV磁力学”的生动实验活动。本文的目的是回顾高灵敏度纳米级NV磁力测量的最新进展，概述过去几年最相关的结果，并强调未来发展的前景。我们将提出的物理原理，使磁场检测与NV中心和讨论的NV磁力计已被证明在纳米磁性，介观物理和生命科学的背景下的第一个应用。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall
Edge and Width Dependent Electronic Properties of Nanoribbons of Manganese Oxide
在本工作中，研究了最近合成的MnO的二维和一维蜂窝结构的结构、磁性和电子性质[Zhang et al.Nat.Commun.，20，1073-1078（2021）]通过使用第一性原理计算研究。计算结果表明，单层2D MnO晶体具有简并反铁磁（AFM）基态和相对不利的铁磁（FM）态。此外，磁各向异性的计算揭示了源于锰原子中未成对电子态的磁性的易磁化轴方向垂直于晶面。在电子学上，虽然FM-MnO是具有窄带隙的直接半导体，但AFM相显示出大的间接带隙半导体行为。此外，对MnO纳米带的计算表明，锯齿形边缘的纳米带显示金属钡，而扶手椅形边缘的纳米带是半导体。在磁性上，对于锯齿形或扶手椅边缘的纳米带，垂直于纳米晶生长方向的AFM顺序被发现是有利的其他AFM和FM订单。此外，取决于边缘对称性和带宽度，纳米带的禁带宽度值显示不同的家庭行为。
2022-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dual origin of defect magnetism in graphene and its reversible switching by molecular doping
通过使用电场来控制磁性的可能性是自旋电子学应用中最期望的特性之一。找到合适的材料仍然是一个难以捉摸的目标，到目前为止只找到了几个候选者。石墨烯是其中之一，并且由于其弱的自旋-轨道相互作用、通过电场效应控制电子性质的能力以及引入顺磁中心（例如空位和吸附原子）的可能性而提供了希望。在这里，我们表明，吸附原子的磁性在石墨烯是巡回的，可以通过掺杂控制，使磁矩可以打开和关闭。讨论较多的空位磁性被发现有一个双重的起源，有两个近似相等的贡献：一个来自相同的巡回磁性和其他由于断裂的债券。我们的工作表明，石墨烯的磁响应可以由场效应控制，类似于其输运和光学性质，并且自旋扩散长度可以在一定的载流子密度以上显著增强。
2013-05-10 cond-mat.mes-hall
Edge disorder and magnetism in graphene nanoribbons: an inverse modelling approach
本文提出利用透射谱反演技术识别边缘无序锯齿形石墨烯纳米带的空位水平，并检测其边缘磁性及双边缘缺陷相对浓度。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall
Spin-Strain Phase Diagram of Defective Graphene
使用从第一性原理计算有缺陷的石墨烯，我们在这里考虑各向同性应变下的石墨烯的单空位的属性的依赖性，特别关注自旋矩。在零应变下，空位显示出1.5 $μ_B$的自旋力矩，当石墨烯处于张力下时，该自旋力矩增加到$\sim$ 2 $μ_B$。这种变化在压缩下更加剧烈，因为当石墨烯被压缩超过2%时，空位变得非磁性。这种转变与空位周围发生的原子结构的变化有关，并与波纹的形成有关。对于压缩略大于3%，这种波纹导致形成一个严重重建的空位结构，由两个变形的六边形和五边形。我们的研究结果表明，石墨烯中发生的任何缺陷诱导的磁性都可以通过施加应变或其他机械变形来控制。
2010-12-15 cond-mat.mes-hall
Engineering spin exchange in non-bipartite graphene zigzag edges
控制原始石墨烯纳米结构中自旋交换相互作用的规则受到晶格的二分特征的约束，使得交换的符号由磁矩是否在相同的子晶格上确定。最近已经证明了具有完美之字形边缘和具有五边形环的荧蒽基团的石墨烯带的合成，五边形环是破坏蜂窝晶格的二分性质的缺陷。在这里，我们解决如何修改这些结构的电子和自旋性质的缺陷，无论是间接交换相互作用，以及新兴的边缘磁性，研究与DFT和平均场哈伯德模型计算。在所有情况下，我们发现，在缺陷的二分性质的局部故障反转的迹象，否则铁磁相关性沿边缘，引入局部反铁磁内边缘耦合，并为窄的丝带，也恢复反铁磁边缘间的相互作用，通常发现在原始的丝带。我们的研究结果表明，这些五边形缺陷是一种资源，允许工程师的自旋交换相互作用在石墨烯基纳米结构。
2016-09-15 cond-mat.mes-hall
Dynamical defects in a two-dimensional Wigner crystal: self-doping and kinetic magnetism
本文用半经典瞬子方法和有效 Hamilton 量精确对角化研究二维 Wigner 晶体的间隙与空位动力学，发现自掺杂失稳并提出中等密度的“金属电子晶体”相。
2023-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room temperature magnetic order on zigzag edges of narrow graphene nanoribbons
在其他非磁性材料如碳中出现的磁序是一种新型s-p电子磁性的典型例子，预计这种电子磁性具有特殊的高温稳定性。已经证明，石墨烯的原子尺度结构缺陷可以容纳不成对的自旋。然而，目前还不清楚在什么条件下，长程磁序可以出现从这样的缺陷约束磁矩。在这里，我们提出，与随机缺陷分布相反，具有特定结晶取向的石墨烯边缘的原子尺度工程，包括仅来自二分石墨烯晶格的一个子晶格的边缘原子，可以产生鲁棒的磁序。我们采用基于扫描隧道显微镜的纳米带技术来定义具有纳米精度和良好定义的晶体学边缘取向的石墨烯纳米带。虽然扶手椅带显示量子限制带隙，但窄于7 nm的Z字形带显示约0.2 - 0.3eV的带隙，这可以被识别为沿其边缘的相互作用诱导的自旋有序的特征。此外，半导体到金属的过渡时，揭示了增加带的宽度，表示从反铁磁到铁磁配置的相对带边缘之间的磁耦合的切换。我们发现，即使在室温下，石墨烯边缘的受控锯齿形取向的磁性秩序也可以保持稳定，这为在环境条件下工作的石墨烯基自旋电子器件带来了希望。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall
Magnetically ordered state at correlated oxide interfaces: the role of random oxygen defects
使用一个有效的一个带哈伯德模型与无序，我们认为相关的氧化物界面的磁性状态，其中有效的空穴自掺杂和磁有序状态出现由于电子和离子重建。利用相干势近似，分析了随机氧空位对二维磁性的影响。我们发现，随机空位增强铁磁有序状态，并稳定一个强大的磁化强度高于约c=0.1的临界空位浓度。在强关联制度，我们也得到了一个非单调增加的磁化后，空位浓度的增加和磁矩的大幅增加，这可以实现在氧还原高Tc铜酸盐接口。
2012-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning Phononic and Electronic Contributions of Thermoelectric in defected S-Shape Graphene Nanoribbons
热电作为一种利用废热的方式，在电子工业中是必不可少的，但其在工作温度下的低性能使其在实际应用中不合适。定制石墨烯可以改变其特性。在本论文中，我们主要研究了单空位和双空位模型下S型石墨烯结构的输运性质。该结构由一个手性部分，这是一个扶手椅型石墨烯纳米载体，和两个锯齿形石墨烯带组成。我们调查的品质因数的变化，通过塞贝克系数，电子电导，电子和声子电导的空缺，在不同的设备尺寸。利用非平衡格林函数方法研究了体系的输运性质，从而从紧束缚（力常数）模型得到了相应的哈密顿量（动力学矩阵）。所有长度的DV均获得最大品质因数（ZT）。这种系统的物理性质可以通过控制各种参数来调整，例如缺陷的位置和类型以及器件尺寸。研究结果表明，延长结构可以降低声子贡献，单空位比双空位更能区分电子热导行为和电子电导行为。也就是说，空位工程可以显著提高热电性能。在大型器件中，SV可以将ZT提高到2.5倍。
2022-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transition Metal and Vacancy Defect Complexes in Phosphorene: A Spintronic Perspective
在二维半导体材料中引入磁矩是设计自旋电子材料的关键第一步。本文利用密度泛函理论研究了过渡金属离子在单层磷烯表面的吸收。我们预测，增加过渡金属的原始磷烯扩散将阻碍任何可能的控制磁性，因此任何应用。相反，点缺陷将锚定金属，并指数地降低扩散率。类似于其他二维材料，金属绑定强烈的原始和缺陷磷烯，我们提供了一个微观的描述键合，这解释了定性的趋势，随着价电子的数量增加。我们进一步认为，双空位复合物是必不可少的，在任何实际用途，由于其增加了热力学稳定性比单空位。在大多数情况下，缺陷-过渡金属配合物保留了固有的磁性，并且还诱导具有大的交换分裂和自旋翻转能量的局域磁矩，这是自旋电子学应用所必需的。具体地，在双空位处吸收的V/Mn/Fe在这方面具有巨大的前景。此外，我们提供了一个简单的微观模型来描述在这些过渡金属和缺陷复合物的局部力矩的形成。
2016-07-02 cond-mat.mes-hall
