Effective spin theories for edge magnetism in graphene zigzag ribbons
我们报告了一个彻底的研究减少边缘相关效应在石墨烯的边缘状态的简化有效的模型。后者以前曾用于专门定制的几何形状。通过对二阶微扰理论中体态修正的系统研究，我们证明了在一般几何条件下，简化为纯边态模型是合理的。这里讨论的简化模型的框架使得能够研究系统尺寸远远超出常规方法范围的非平均场相关物理，例如，量子蒙特卡罗
2014-12-22 cond-mat.mes-hall
Built-In Electric Field Modulation of Spontaneous Magnetism and Thermospin Transport in Boron-Nitrogen Doped Zigzag Graphene Nanoribbons
School of Physics and Optoelectronic Engineering, Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学物理与光电工程学院）
该研究通过第一性原理计算，探究了硼氮掺杂锯齿形石墨烯纳米带的自发磁性与热自旋输运，利用内电场及外场可调控其磁态，室温下可生成纯热自旋电流，有望用于自旋热电子学原型器件。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall
Anisotropy engineering edge magnetism in zigzag honeycomb nanoribbons
研究表明，锯齿形蜂窝状纳米带具有很好的边缘磁性。本文采用两种大尺度量子蒙特卡罗模拟方法研究了锯齿形蜂窝纳米带中各向异性对边缘磁性的影响。锯齿形蜂窝纳米带中的各向异性由一个方向上的最近邻跳跃积分$t_{1}$和另一个方向上的最近邻跳跃积分$t_{2}$的比率表征。考虑到电子-电子相关性，研究表明，随着$t_{2}/|t_{1}|$从$1$增加到$3$，边缘铁磁性大大增强，这不仅为控制这种磁性提供了途径，而且为进一步探索新纳米材料的新磁性提供了有益的参考.
2019-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Contrasting interedge superexchange interactions of graphene nanoribbons embedded in h-BN and graphane
基于第一性原理密度泛函理论计算，比较研究了六方氮化硼（BN）片和氢化石墨烯（graphane）中的锯齿形超窄石墨烯纳米带（ZGNRs）的电子结构与宽度N（ZGNRs中锯齿形碳链的数目）的关系.我们发现ZGNRs/BN除了在N = 5和6处具有弱稳定的半金属态外，其余都具有弱的基态，而N >= 2的ZGNRs/graphane在每个边缘上的铁磁有序边缘态之间表现出强的反铁磁耦合.结果表明，两类ZGNRs的不同磁特性归因于不同界面结构引起的对比鲜明的边缘间超交换相互作用：即，ZGNRs/BN的非对称界面结构在两个不等价的边缘态之间提供了相对短距离和弱的超交换相互作用，而ZGNRs/石墨烷的对称界面结构提供了长距离、强的边缘间超交换相互作用。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Atoms on Zigzag Graphene Nanoribbons: Chemistry and Magnetism Meet at the Edge
尽管石墨烯之字形边缘的非常规$π$磁性具有广泛的应用前景，但它是否以及在多大程度上在其化学中发挥作用仍然知之甚少。在这里，我们研究了添加氢原子$-$最简单的实验相关的吸附物$-$的锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）。我们发现，$π$ -磁性管辖的ZGNRs的化学，引起一个网站依赖的碳原子的反应性和驱动氢化过程的纳米边缘。相反，化学吸附的氢原子控制ZGNR的$π$磁性，在反铁磁基态中充当自旋- $\frac{1}{2}$顺磁中心，并在能带极值处使载流子自旋极化。我们的研究结果建立了一个全面的图片之间的特殊相互作用的化学和磁性出现在锯齿形边缘的石墨烯。
2022-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological edge states of a graphene zigzag nanoribbon with spontaneous edge magnetism
石墨烯的自旋-轨道耦合、交换场和交错亚晶格势的拓扑相决定了锯齿形纳米结构边缘态的性质。在哈伯德相互作用的存在下，在锯齿形终端的自发磁化诱导相当大的磁矩在体区域中的晶格位置。这样，体区域的交换场和交错亚晶格势被有效地改变，这反过来又改变了拓扑相。在一定的参数范围内，存在锯齿形纳米颗粒的准稳定激发态，其在锯齿形终端处具有与基态不同的磁性构型。准稳定的激发态可以有效地抑制拓扑边缘态的有限尺寸效应。对存在相互作用的拓扑边态的研究有助于基于实际材料的自旋电子纳米器件的工程化。
2020-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Edge stability, reconstruction, zero-energy states and magnetism in triangular graphene quantum dots with zigzag edges
我们提出了基于从头计算密度泛函理论的三角形石墨烯量子点锯齿形边缘的稳定性和重构的计算结果。我们表明，虽然重建的五边形-七边形锯齿形边缘结构是更稳定的氢的情况下，理想的锯齿形边缘积极有利于氢钝化。氢钝化后两种结构都存在零能带，但在五边形-七边形锯齿形结构中，零能带的色散较强，导致净磁化强度的损失。
2010-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Edge Disorder in Bottom-Up Zigzag Graphene Nanoribbons: Implications for Magnetism and Quantum Electronic Transport
基于扫描探针显微镜和第一性原理计算，我们揭示了自下而上锯齿型石墨烯纳米带中结构无序的本质及其对磁性和电子输运的影响.我们发现在表面合成的环化脱氢步骤中出现的边缘缺失的间二甲苯单元是最常见的点缺陷。这些“咬”缺陷作为自旋1顺磁中心，严重破坏带极值附近的电导谱，并引起自旋极化电荷输运。我们进一步表明，整个石墨烯纳米带的电子电导是更敏感的“咬”缺陷形成在锯齿形边缘比扶手椅的。我们的工作建立了一个全面的理解无序的自下而上的石墨烯纳米带的低能电子特性。
2021-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Room temperature magnetism on the zigzag edges of phosphorene nanoribbons
几十年来，寻找室温铁磁半导体已经发展成为材料科学和自旋电子学的一个广泛领域，然而，这些新的状态仍然很罕见。磷烯是近年来合成的一种具有有限带隙和高载流子迁移率的单层蜂窝状黑磷。在这里，我们表明，通过两种不同的大尺度量子Monte-Carlo方法，相对弱相互作用可以导致显着的边缘磁性的磷烯纳米带。基态约束路径量子蒙特卡罗模拟揭示了沿锯齿形边缘的强铁磁关联，有限温度行列式量子蒙特卡罗计算显示了高达室温的高居里温度。
2016-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Strong Edge Magnetism and Tunable Energy Gaps in Zigzag Graphene Quantum Dots with High Stability
石墨烯是一种半金属，不能直接用作电子或自旋电子器件。我们证明了石墨烯量子点（GQD）可以表现出很强的边缘磁性和可调的能隙，由于局域边缘状态的存在。通过大尺度第一性原理密度泛函理论（DFT）计算和基于模型哈密顿量的详细分析，我们可以发现随着系统尺寸的增加，GQD中的锯齿边缘态变得更强，更局域化。当量子点直径大于4.5 nm时，增强的边缘态沿量子点的边缘诱导强的电子-电子相互作用，最终导致从单畴到边内铁磁和边间反铁磁的磁相变.我们的分析表明，GQD中两个最近邻锯齿形边之间的反铁磁态的边间超交换相互作用比GQD和石墨烯纳米带中两个平行锯齿形边之间的强得多.此外，这种强的和局部的边缘状态也诱导GQD半导体与可调的能隙，主要通过调整系统的大小控制。我们的研究结果表明，量子限制效应，边间超交换（反铁磁），和边内直接交换（铁磁）的相互作用是至关重要的锯齿形GQD在纳米尺度上的电子和磁性。
2017-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge State Magnetism of Single Layer Graphene Nanostructures
我们使用哈伯德模型的平均场论研究了石墨烯纳米结构的边态磁性。我们研究了石墨烯锯齿形边缘的磁性如何受到其他类型的终止边缘和缺陷的影响。通过对规则形状（如多边形纳米点和纳米带）和不规则形状的详细研究，我们得出结论，锯齿形边缘的磁性非常强大。我们的计算表明，长度超过三到四个重复单元的锯齿形边缘总是磁性的，而不管其他边缘，规则或不规则。因此，我们清楚地表明，石墨烯纳米结构的边界边缘的边缘不规则性和缺陷不会破坏边缘状态磁性。
2008-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain induced edge magnetism at zigzag edge in graphene quantum dot
利用量子蒙特卡罗方法研究了应变石墨烯量子点的磁化率随温度的变化。在蜂窝晶格的哈伯德模型中，我们的无偏数值结果表明，相对较小的相互作用$U$可能导致应变石墨烯量子点中的边缘铁磁行为，并提出了可能的室温相变。在半填充附近，原位库仑相互作用和应变使锯齿形边缘的铁磁涨落显著增强，特别是在低温区。由此产生的强烈增强的类铁磁行为对于许多应用的开发可能是重要的。
2015-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Stability of edge magnetism against disorder in zigzag MoS$_2$ nanoribbons
基于先前的\emph{ab-initio}计算，具有锯齿形边缘的二硫化钼纳米带显示铁磁和金属性质。然而，由于这些方法的计算成本，对无序对磁性的作用的调查仍然缺乏。在这项工作中，我们填补了这一空白，通过研究几个纳米长的二硫化钼$_2$锯齿形纳米带使用紧束缚和哈伯德哈密顿的磁性和电子性质。研究结果表明，合适的边缘原子紧束缚参数对定量获得MoS $_2$纳米带的金属态和磁性是至关重要的.在微调参数的帮助下，我们进行了大规模的计算，并预测了沿边缘的自旋畴壁能量，发现其显著低于锯齿形石墨烯纳米带。紧束缚的方法使我们能够解决边缘无序对磁性的影响。我们的研究结果开辟了道路，为调查电子-电子效应在现实尺寸的纳米器件在MOS $_2$，也提供了有价值的信息，自旋电子学应用。
2019-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant magnetic exchange coupling in rhombus-shaped nanographenes with zigzag periphery
具有锯齿形边缘的纳米石墨烯被预测表现出非平凡的π磁性，这是由于局域前沿态的杂化和价电子之间的库仑排斥的相互作用。这提供了一个化学可调的平台，以探索纳米尺度的量子磁性，并开辟了通往有机自旋电子学的道路。因此，纳米石墨烯中的磁稳定性受到保持低于室温热能的弱磁交换耦合的限制。在这里，我们报告了大菱形纳米石墨烯的合成与锯齿形周边的金和铜表面。单分子扫描探针测量揭示了随着纳米石墨烯尺寸的增加而出现的磁性自旋单重态基态。通过非弹性电子隧穿光谱确定的最大纳米石墨烯中的磁交换耦合超过100 meV或1160 K，这超过了大多数无机纳米材料，并且在金属电极上显著存活。
2020-03-07 cond-mat.mes-hall
Effect of long-range interaction on graphene edge magnetism
已经提出，相互作用导致石墨烯片的锯齿形边缘上的铁磁性。虽然还没有直接的实验研究，显着改善技术，使和研究干净的锯齿边缘可能很快使这成为可能。到目前为止，大多数关于这一说法的理论研究都是基于平均场论或使用哈伯德模型进行的更精确的计算。但是长程库仑相互作用在石墨烯中是未屏蔽的，因此考虑它们的影响很重要。我们研究了相当一般的非局部相互作用，包括库仑$1/r$形式，使用投影到一个强相互作用边哈密顿量的技术，有效的在一阶的相互作用。在此模型中研究了基态以及电子/空穴和激子的激发。我们的研究结果表明，铁磁性生存与未屏蔽库仑相互作用。
2017-05-24 cond-mat.mes-hall
Magnetism of topological boundary states induced by boron substitution in graphene nanoribbons
石墨烯纳米带（GNRs），碳基电子学的低维平台，显示了将自旋极化也纳入其共轭电子系统的有前途的前景。然而，GNRs中的磁性通常与锯齿形边缘周围的局域态相关联，难以制造且具有高反应性。在这里，我们表明，磁性也可以通过在其内部原子精确的工程拓扑缺陷诱导远离物理GNR之字形边缘。一对取代的硼原子插入到碳骨架中，打破了它们的拓扑能带的共轭，并在周围建立了两个自旋极化的边界态。自旋态的电输运测量通过硼取代GNRs之间的尖端和样品的扫描隧道显微镜悬浮检测。第一性原理模拟发现，硼对诱导自旋1，这是通过调整对之间的间距修改。我们的研究结果展示了一条将自旋链嵌入GNRs的路线，使它们成为自旋电子器件的基本元件。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall
Interplay between the edge-state magnetism and long-range Coulomb interaction in zigzag graphene nanoribbons: quantum Monte Carlo study
我们进行了投影量子蒙特卡罗模拟的锯齿形石墨烯纳米带在一个现实的模型与长程库仑相互作用。增加非局部相互作用相对于原位排斥的相对强度不会产生相变，但具有许多非平凡的影响。在单粒子水平上，我们观察到狄拉克点处费米速度的显著增强。在双粒子水平，自旋和电荷密度波动相互竞争。因此，边缘磁矩减小，但边缘色散关系增加，在这个意义上，在动量$q=π/|{\pmb a}_1|$增长的单粒子间隙。我们把这归因于非局域电荷波动，它有助于自旋波动产生上述间隙。相反，不同能量尺度的相互作用诱导的重整化的净结果是恒定的边缘模式的自旋波速度。然而，由于粒子-空穴连续谱被转移到更高的能量-由于费米速度的重整化-朗道阻尼减少。结果，在边缘处的大致线性的自旋波样模式通过布里渊区的较大部分扩散。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Signatures of magnetism in zigzag graphene nanoribbon embedded in h-BN lattice
针对锯齿型石墨烯边缘磁性通道缺乏实验验证的问题，研究观测嵌入h-BN的zGNR的磁性特征，证实其边缘存在稳健磁有序，为石墨烯自旋电子器件研究提供了有效平台。
2025-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunable Magnetic Semiconductor Behavior Driven by Half-Filled One Dimensional Band in Zigzag Phosphorene Nanoribbons
通过密度泛函理论计算发现锯齿形磷烯纳米带具有反铁磁绝缘态。与其他一维系统相比，ZPNR的磁性表现出几个令人惊讶的特点：（i）磁矩在每个锯齿形边缘反平行排列;（ii）磁性能量相当稳定（约29 meV/磁离子），带隙很大（约0.7 eV）;（iii）适度的压缩应变将诱导磁性到磁性以及半导体到金属的转变。所有这些现象都是由于一种独特的机制而自然产生的，即半充满的一维带在π/2 α附近穿过费米能级引起的电子不稳定性。ZPNR独特的电子和磁性使其在纳米电子器件中具有巨大的应用潜力。
2014-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetism of Edge Modified Nano Graphene
为了研究碳基材料的磁性原理，采用第一性原理密度泛函理论分析锯齿形边缘修饰的石墨烯分子的多自旋态，选择合适的修饰元素。自由基碳修饰的C_（64）H_（17）的最高自旋态是最稳定的，这是由于Z字形边缘有两个上自旋的四面体分子轨道构型。相比之下，氧修饰的C59 O 5 H17由于氧位处的四个自旋抵消而显示出最低的自旋状态是最稳定的。硼修饰的C_（59）B_（55）H_（22）在硼位上没有π-分子轨道，使稳定的分子自旋态为最低自旋态。然而，C59 N5 H2有两个π电子，其中自旋相互抵消以给出稳定的最低自旋状态。硅改性的C59 Si 5 H27和磷改性的C59 P5 H22由于Z字形位大量原子的插入而表现出弯曲的分子几何构型，同时也带来了复杂的自旋分布。自由基碳和二氢化碳改性是设计碳基磁性材料的有希望的候选者。
2011-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Shot Noise Probing of Magnetic Ordering in Zigzag Graphene Nanoribbons
电荷电流的非平衡时变波动最近成为一种灵敏的实验工具，通过由附着的金属电极引入到清洁的宽和短石墨烯条带中的倏逝波函数来探测弹道输运。我们证明，这种“伪扩散”散粒噪声可以在锯齿形石墨烯纳米颗粒（ZGNR）由于其边缘的拓扑结构，负责本地化的状态，促进铁磁有序沿边缘库仑相互作用时，考虑到大幅修改。因此，注入ZGNR的非极化电荷电流的散粒噪声增强，以及自旋极化电荷电流的更敏感性，将充当这种低维磁性的全电和边缘敏感探针。
2009-06-01 cond-mat.mes-hall
Complex edge effects in zigzag graphene nanoribbons due to hydrogen loading
我们进行了密度泛函计算，以及采用紧束缚理论，研究锯齿形石墨烯纳米带（ZGNR）的钝化氢的影响。我们发现，每个边缘C原子键合2个H原子打开了一个间隙，破坏磁性的纳米线的小宽度。然而，从8行和更厚的纳米带观察到的金属电子结构伴随着重入磁性。电子结构和磁性状态是相当复杂的这种类型的终端，与sp $^3$键合的边缘原子是非磁性的，而最近的相邻原子是金属和磁性。我们还评估了几种厚度的ZGNR的相稳定性，并证明了sp $^3$键合的边缘原子，与2 H原子在边缘，应该是稳定的温度和压力，这是在实验室环境中可达到的。
2010-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge magnetism impact on electrical conductance and thermoelectric properties of graphenelike nanoribbons
窄的准二维纳米结构中的边缘态在很大程度上决定了它们的电学、热电和磁学性质。非磁性边缘状态可能经常导致拓扑绝缘体型行为。然而，当锯齿形边缘是磁性的并且时间反演对称性被破坏时，另一种情况出现。在这项工作中，我们报告的电子能带结构修改，电导和热电性能的窄锯齿形纳米带与自发磁化的边缘。基于Kane-Mele- Hubbard紧束缚模型的理论研究表明，对于硅烯、锗烯和锡烯，当能量接近电中性点时，其Seebeck系数和热电功率因子都得到了显著的增强。环周栅压提高了具有反平行磁化锯齿边的基态能带的自旋简并度，使电导显著自旋极化。同时栅电压也影响热电性能。如果声子热导充分降低，上述纳米带的估计室温品质因数可以超过3的值。
2017-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Quantum phase transitions in effective spin-ladder models for graphene zigzag nanoribbons
我们研究了量子自旋模型中的磁相关性，这些模型是最近作为石墨烯纳米带边缘态的电子相关效应的有效低能理论导出的。为此，我们采用量子蒙特卡罗模拟访问的大距离属性，占量子波动超出平均场理论方法的边缘磁性。对于某些手性纳米带，反铁磁边间耦合先前被发现诱导有效自旋模型的带隙量子无序基态。我们发现，在锯齿形纳米带的有效自旋模型中的边缘内耦合的扩展性质导致在大的，有限的边缘间耦合值的量子相变。该量子临界点将量子无序区域与在弱边缘内耦合下的稳定边缘磁性的无隙相分离，所述无隙相包括宽锯齿形纳米带的自旋梯模型的基态。为了研究量子临界行为，有效自旋模型可以与具有长程铁磁链内耦合的两个反铁磁耦合Haldane-Shastry自旋半链模型相关联。临界指数的结果也比较了最近几个重整化群计算相关的长程相互作用量子系统。
2017-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Antiferromagnetism in hexagonal graphene structures: Rings vs dots
利用平均场哈伯德模型研究了具有锯齿形内边缘的六角石墨烯环中反铁磁相的形成。环的外边缘被认为是锯齿形或扶手椅形，我们发现，这两种类型的结构可以有一个更大的反铁磁相互作用相比，六边形点。这种差异可以部分归因于环中每单位面积的锯齿形边缘的数量比点中的多。此外，发现位于内环边缘上的边缘状态与点的边缘状态不同地杂交，这导致石墨烯环和点的磁性的重要差异。当外边缘具有锯齿形形状时，发现最大交错磁化。然而，窄环扶手椅外边缘被发现有较大的交错磁化比锯齿形六边形。边缘缺陷被示出具有最小的磁化效果时，外环边缘是扶手椅形。
2013-02-19 cond-mat.mes-hall
Electronic and spin transport properties of zigzag graphene nanoribbon mediated by metal adatom: A study by QUAMBO-NEGF approach
采用基于密度泛函理论的第一性原理紧束缚理论（TB）的准原子最小基轨道（QUAMBO）方法，结合非平衡格林函数，研究了锯齿形石墨烯纳米颗粒（ZGNR）的结构和电子性质，包括形变、磁矩、Mulliken布居、键级和电子输运性质.对于电子输运，在费米能级以下，由于Co吸附原子的磁性作用，电子输运受到强烈的抑制，且与自旋相关;而在费米能级以上，电子输运略有畸变，且与自旋无关。由于QUAMBOS-TB参数具有局域环境依赖性，我们采用分治法构造了ZGNR铅和空心位置吸附Co原子的ZGNR的QUAMBOS-TB参数，较好地再现了电子的传输行为.我们的QUAMBO-NEGF方法是一种新的和有前途的大规模系统中的电子输运的方法。
2013-02-17 cond-mat.mes-hall
Bosonic field theory of tunable edge magnetism in graphene
推导了石墨烯锯齿形边缘可调边缘磁性的玻色子场论。推导从一个有效的费米理论的相互作用的石墨烯边缘状态，来自先前从一个二维相互作用的紧束缚模型的石墨烯。这种有效模型的本质特征是动量相关的非局域电子-电子相互作用，它导致了弱边缘磁性。结果表明，这种动量依赖性可以治疗玻色化技术的扩展，并导致玻色场的相互作用。这些相互作用让人想起了爱因斯坦的场论。针对铁磁-顺磁Luttinger液体之间的量子相变，给出了相互作用玻色子理论的半经典解释。此外，有人认为，在顺磁性和铁磁性Luttinger液体之间的量子相变的普遍临界行为是由少数条款在这个理论，这是可以访问的量子Monte-Carlo方法。
2012-08-02 cond-mat.mes-hall
Potential-tuned magnetic switches and half-metallicity transition in zigzag graphene nanoribbons
结合第一性原理与紧束缚模型，预测在锯齿型石墨烯纳米带中通过施加电势降可诱导稳定的铁磁畴，实现磁开关效应与同磁相内的半金属特性转变，为操控自旋自由度提供了新途径。
2023-05-17 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
Orbital magnetism of graphene flakes
利用紧束缚近似方法研究了不同形状和边缘构型的石墨烯薄片的轨道磁性。在热能比能级间距小得多的低温区域中，磁化率根据能级结构作为费米能的函数在抗磁性和顺磁性之间快速变化。在电中性点处，扶手椅形薄片的磁化率一般大于锯齿形薄片，六边形薄片的磁化率一般大于三角形薄片。随着温度的升高，由于量子限制的离散结构全部消失，并且磁化率接近与原子构型无关的体极限。在零温度下，抗磁电流完全在石墨烯薄片上循环，而在升高的温度下，其位于边缘附近，特征深度与1/T成比例。我们预测，石墨烯的抗磁性可以观察到使用的磁场的可行范围内的石墨烯薄片的排列。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall
Edge states of zigzag bilayer graphite nanoribbons
在紧束缚近似下，研究了不同带宽$N$的锯齿形双层石墨纳米带（Z-BGNR）的电子结构。忽略层间跳跃幅度$γ_4$（它比其它层间跳跃参数$γ_1$和$γ_3$小一个数量级），存在两个与带宽无关的固定费米点$\pm k^*$，在$k^*$附近有特殊的能量色散，称为$\ve (k) \sim \pm (k-k^*)^N$ .通过研究Z-BGNR的边缘态，我们注意到双层石墨烯片的三角翘曲反映在边缘态结构上。有限标度法表明，随着$γ_4$的引入，上述两个费米点不再固定，而是随着$N$宽度的增加而向狄拉克点附近漂移，色散特性也向抛物色散特性转变.边缘磁性的Z-BGNR也检查通过使用Hartree-Fock近似求解半满的Hubbard哈密顿量的带状。我们已经表明，在同一侧的边缘，边缘自旋铁磁对齐的实验相关的参数集。
2008-06-16 cond-mat.mes-hall
Selected graphenelike zigzag nanoribbons with chemically functionalized edges: Implications for electronic and magnetic properties
众所周知，存在广泛种类的准二维类石墨烯纳米材料，其在许多方面可以优于石墨烯。因此，除了石墨烯之外，注意力还集中在锡烯（弯曲的蜂窝结构）和磷烯（褶皱的蜂窝结构）上。它示出，根据掺杂，这些材料可以具有磁有序的边缘。磁相位的计算图说明，一方面，石墨烯和锡烯的n型掺杂的窄锯齿形纳米带在边缘之间具有反铁磁性对齐的磁矩。然而，另一方面，在磷烯纳米带的情况下，对于p型掺杂，Z字形边缘可以具有铁磁性对齐的磁矩。边缘磁性严重影响纳米带的输运性质，并且如果充分控制，可以使它们对自旋电子学有吸引力。
2019-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge magnetism of Heisenberg model on honeycomb lattice
在我们以前的研究中，我们发现在蜂窝晶格上的海森堡模型的锯齿形边缘附近存在一个具有线性色散的铁磁振子分支。在这里，我们开发了一个边缘磁振子的场论描述，并发现它的动力学是由一维相对论克莱因-戈登方程。有趣的是，边缘磁振子的边界场论与它的体相对应的理论联系在一起，后者由二维克莱因-戈登方程描述。此外，我们还揭示了宇称对称性如何在蜂窝纳米结构的相对边缘上的倏逝模。通过采用包括Schwinger玻色子和密度矩阵重整化群在内的替代方法，我们还证明了即使在Neel序被量子涨落破坏的情况下，相对论边缘磁振子仍然是鲁棒的。边缘磁振子是未补偿边缘的直接结果，并且可以通过实验探针在实际材料中验证。
2011-07-07 cond-mat.mes-hall
Sensory Organ like Response of Zigzag Edge Graphene Nanoribbons
利用连续介质Dirac理论，研究了锯齿形边缘石墨烯带在边缘势和塞曼场作用下的密度和自旋响应。我们的分析计算的密度和自旋的封闭系统（固定粒子数）的静态边缘场的响应，显示出高度非线性的韦伯-费希纳型行为的响应依赖于边缘电位的mechanically。响应对系统尺寸的依赖性（例如纳米尺度的宽度）也未被揭示。因此，锯齿形边缘石墨烯纳米带提供了遵守韦伯-费希纳定律的器官（例如眼睛和耳朵）的响应的实现。我们验证我们的分析结果与紧束缚计算。这些结果对于理解石墨烯纳米带中电子-电子相互作用的重要影响，如边缘磁性等至关重要，并且还提出了石墨烯纳米带的器件应用的可能性。
2010-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Triangular array of iron-oxide nanoparticles: A simulation study of intra- and inter-particle magnetism
采用随机Landau-Lifshitz-Gilbert（sLLG）方法研究了球形磁赤铁矿纳米颗粒在二维三角形阵列上的分布.模拟方法首先验证了一个三角形阵列的简单偶极子，结果显示预期的相变到铁磁状态在有限的温度。基态表现出连续的简并性，在无限小的温度下通过无序有序机制解除，并出现六重平面各向异性。纳米颗粒阵列由7.5 nm直径磁赤铁矿球与块样的超交换相互作用的Fe-离子之间的核心，和较弱的交换表面Fe-离子和径向各向异性。三角形纳米颗粒阵列在相同的降低温度下作为简单的偶极子阵列，但表现出不同的行为，在低温下，由于表面各向异性。我们发现，在纳米粒子的八面体网站上的空位结合表面各向异性，以产生一个有效的随机温度依赖性的各向异性为每个粒子。这导致与简单的偶极阵列相比，在零温度下纳米颗粒阵列的净磁化强度降低。
2019-04-11 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
Electronic properties of gated triangular graphene quantum dots: Magnetism, correlations, and geometrical effects
我们提出了一个理论的电子性质的门控三角形石墨烯量子点的锯齿形边缘的大小和载流子密度的函数。我们专注于电子关联，自旋和几何效应的结合使用原子紧束缚，Hartree-Fock和组态相互作用方法（TB+HF+CI），包括长程库仑相互作用。锯齿形边三角形点的单粒子能谱在费米能级处表现出简并壳层，简并度N_{edge}与边的大小成正比。对于N_{edge} < 12，我们使用TB+HF+CI，对于N_{edge} \geq 12，我们使用近似CI方法，确定了电子-电子相互作用对基态、总自旋和激发光谱的影响，作为壳层填充和壳层简并度的函数。对于半满的中性壳层，我们发现N=500原子的结构的自旋极化基态与以前的{ \it ab initio}和平均场计算一致，并且与二分晶格上哈伯德模型的Lieb定理一致.添加单个电子导致N_{edge} \leq 9的完全自旋去极化。对于较大的结构，自旋去极化示出发生在不同的填充因子。远离半填充多余的电子（空穴）示出形成维格纳样的自旋极化三角形分子对应于激发光谱中的大间隙。结论的有效性进行评估，从不同程度的近似得到的结果进行比较。虽然对于电中性系统，所有方法都给出了定性相似的结果，但远离电中性，需要包含所有库仑散射项才能产生这里给出的结果。
2012-02-22 cond-mat.mes-hall
Exchange interactions from a nonorthogonal basis set: from bulk ferromagnets to the magnetism in low-dimensional graphene systems
提出了一种计算各向同性自旋模型中交换常数的方法。该方法使用的哈密顿和重叠矩阵计算的密度泛函计划的基础上非正交基组。我们证明，新的方法实现的SIESTA代码再现海森堡相互作用的简单的金属块体铁磁体从以前完善的计算方法。然后，我们解决$sp$磁性的石墨烯纳米结构。对于氟化石墨烯，我们得到的交换相互作用与以前的计算结果相当吻合，使用最大局域化的Wannier函数，我们证实了120 $^\circ$ Néel状态的理论预测。与锯齿形石墨烯纳米颗粒的磁性边缘状态相关联，我们发现快速衰减的交换相互作用，然而，具有非常规的距离依赖性$\exp(-\sqrt{r/δ})$。我们发现，从交换相互作用中得到的刚度常数与以前基于扭曲自旋组态的总能量差的估计是一致的。我们强调，我们的方法是一种有效的工具，用于分析新的混合纳米结构，其中金属和有机成分被整合，形成异国情调的磁性图案。
2019-02-02 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
Electronic and magnetic properties of zigzag graphene nanoribbons on the (111) surface of Cu, Ag and Au
我们对Cu（111）、Ag（111）和Au（111）上锯齿形石墨烯纳米带的结构、电学和磁学性质进行了从头算研究。无H和H-终止的纳米带都被认为揭示了纳米带在沉积在这些表面上时总是具有边缘状态。尽管如此，它们在边缘处没有表现出显著的磁化，除了Au（111）上的H端纳米带，其零温度磁特性与独立纳米带的零温度磁特性相当。这些结果被解释的石墨烯2 p轨道和那些基板之间的不同杂交，并为一些模型，由表面和纳米粒子之间的相当大的电荷转移。有趣的是，Au（111）和Ag（111）上的无H纳米带在费米能附近的局域态密度中表现出两个主峰，它们来自不同的态，因此不表明边缘磁性。
2013-02-06 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Possible magnetic states in buckybowl molecules
研究了巴基碗分子苏曼烯和部分C_60的可能磁性。哈伯德模型被应用于系统。我们发现苏曼烯的磁性是由其分子结构决定的。另一方面，沿C_60的一部分的锯齿形边缘发现边缘状态。因此，发现了从分子磁性向纳米石墨烯磁性转变的新性质。
2012-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
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
Direct observation of strong t-e orbital hybridization and the effects of f orbitals
本研究通过第一性原理方法在钙钛矿分子类似物$\textrm{Ce}_3\textrm{Cr}_8$中观测到强t-e轨道杂化引发的主导铁磁超交换作用，揭示了结构畸变对基态磁性的调控规律及Ce-f轨道的调制效应，完善了超交换磁性理论并提供了纳米磁调控新方向。
2024-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Quantum Magnetism in Wannier-Obstructed Mott Insulators
研究Wannier受阻带中莫特绝缘体的量子磁性，通过非正交轨道构建有效自旋模型，揭示铁磁性稳定性及摩擦磁性可能性。
2020-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Inducing and Optimizing Magnetism in Graphene Nanomesh
利用第一性原理计算，我们探讨了石墨烯纳米网（GNM）的电子和磁性，一个规则的网络的大空位，无论是光刻或纳米压印。当去除石墨烯二分晶格的相等数量的A和B位点时，主要由Z字形（扶手椅）型边缘制成的纳米网表现出反铁磁（自旋非极化）状态。而在亚晶格对称性破缺的情况下，则得到稳定的铁磁态。对于氢钝化的纳米网，形成能显著降低，并且发现基态强烈依赖于空位的形状和大小。对于三角形孔，所得到的净磁矩随去除的A和B位置的数目之差而增加，这与Lieb定理（对于偶数A+B）一致。对于奇数A+B三角形网格和所有非三角形纳米网格的情况，包括偶数A+B的情况，Lieb定理不再成立，这可以部分归因于扶手椅边缘的引入。此外，大的三角形形状的GNM可以像非三角形GNM一样鲁棒，为克服自旋磁性的关键挑战之一提供了可能的解决方案。最后，显着的交换分裂值高达$\sim 0.5$ eV的高度不对称的结构，证明了潜在的GNM室温碳基自旋电子学可以得到。这些结果表明，从0维石墨烯纳米片到具有Z字形边缘的整个1维石墨烯纳米带到GNM的转变破坏了未成对电子的局部化，并提供了与基于Lieb定理的规则的偏离。这种电子的离域导致系统的基态从针对石墨烯纳米带讨论的反铁磁窄隙绝缘体切换到铁磁或铁磁金属。
2011-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orientationally Misaligned Zipping of Lateral Graphene and Boron Nitride Nanoribbons with Minimized Strain Energy and Enhanced Half-Metallicity
二维材料的横向异质结构可以表现出各种有趣的涌现特性。然而，当指定到锯齿形石墨烯和六方氮化硼（hBN）纳米带的取向对齐的异质结时，对它们的性能的高期望的实现遇到了两个障碍。首先，应变能的快速积累阻碍了大规模制造.其次，预测的独立石墨烯纳米带的明显半金属性被严重抑制。通过适当调整锯齿形石墨烯和手性hBN纳米带之间的取向错位，在这里，我们提出了一种简单的方法来克服这两个障碍。我们的第一性原理计算表明，在这样的异质结的应变能积累显着减少了一系列的错位。更引人注目的是，半金属性从取向对齐的情况下大大增强，回到与独立的情况下在幅度上相当。恢复的半金属性在很大程度上归因于相对的异质结界面之间恢复的超交换相互作用。目前的研究结果可能对最终实现石墨烯基自旋电子学具有重要意义。
2015-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
