本文關鍵詞： 單層半導體材料的雜質和缺陷 缺陷電子結構 缺陷與催化　出處：《華東師范大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：1959年 Richard Feynman以"There's Plenty of Room at the Bottom"為演講題目,帶領科學家進入一個新的物理領域：真實觀測到單個原子,以及按我們的設想排列原子。20年之后,掃描電鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)的發(fā)明應用,使得調控單量子成為可能。目前實驗上單量子自旋系統(tǒng),如捕獲離子、單分子、量子點、超導比特,是實現量子信息處理和自旋磁性數據存儲的重要載體。較大的磁各向異性能(Magnetic anisotropic energy, MAE)是單量子自旋數據存儲的基礎,也是傳統(tǒng)橫向磁性數據存儲的重要所在。云存儲和大數據時代,迫切需要更高密度存儲器,而單量子自旋有望成為最小存儲單元,這使得調控單量子自旋成為二十一世紀信息科技領域的一大挑戰(zhàn)。同時,低維材料,如石墨烯和單層MoS2,在氧還原反應(Oxygen Reduction Reaction, ORR)、析氫反應(Hydrogen Revolution Reaction, HER)等能源制備中得到深入研究,相比于純凈材料催化性能低劣,通過元素摻雜可以有效提高催化性能,其微觀機理尚待研究。通過第一性原理計算,我們分別模擬了單個磁性原子吸附在單層MoS2表面和基于C80內嵌金屬富勒烯的單量子自旋結構,并結合自旋-軌道耦合(Spin-orbit coupling, SOC)和分子軌道理論解釋了MAE的起因,探究了Jahn-Teller效應對MAE的調控機制。此外,基于實驗和理論計算,我們探究了共摻雜和缺陷協同作用顯著提高石墨烯HER催化性能的微觀機理。具體內容如下：第一章,闡述了高密度存儲,及單量子自旋系統(tǒng)的研究進展；第二章,介紹了磁性存儲的關鍵因子MAE的物理知識及第一性原理計算方法,Jahn-Teller效應、分子軌道理論概念；第三章,以單個磁性原子吸附在單層MoS2表面為研究體系,推導了單量子MAE的計算公式,依據第一性原理計算和分子軌道理論,提出了基于Jahn-Teller效應的MAE調控方法；第四章,設計了基于C80內嵌富勒烯的單分子磁體存儲單元,計算了其磁學屬性,并解析了MAE的起源；第五章,探究了原子共摻雜和晶格缺陷協同作用對提高石墨烯HER催化性能的機理；第六章,總結了本文涉及的單自旋量子結構設計要點和調控技術,及低維材料中摻雜和晶格缺陷的協同催化作用。
[Abstract]:In 1959, Richard Feynman in "There's Plenty of Room at the Bottom" as the topic, leading scientists to enter into a new field of Physics: the real observed single atoms, and then according to our assumption of the arrangement of atoms in.20, scanning electron microscopy (STM) and atomic force microscopy (AFM) of the invention, the control of single quantum becomes possible. The single quantum spin systems, such as ion capture, single molecule, quantum dots, superconducting qubits, is an important carrier to realize quantum information processing and data storage. The spin magnetic anisotropy can be larger (Magnetic anisotropic energy, MAE) is the basis of single quantum spin data storage, which is also important the traditional transverse magnetic data storage. The era of cloud storage and large data, an urgent need for more high density memory, while the single quantum spin is expected to become the minimum storage unit, which makes the regulation of single quantum spin Become a great challenge in the field of information technology in twenty-first Century. At the same time, low dimensional materials, such as graphene and MoS2 monolayer, during the oxygen reduction reaction (Oxygen Reduction Reaction, ORR), the hydrogen evolution reaction (Hydrogen Revolution Reaction, HER) to study the energy obtained in the preparation of pure material compared to the catalytic performance of the inferior by element doping can effectively improve the catalytic performance and its mechanism remains to be investigated by first principle calculations, we simulate a single magnetic atom adsorbed on the surface of MoS2 monolayer and single quantum spin structure based on C80 metallofullerenes, combined with spin orbit coupling (Spin-orbit, coupling, SOC) and the molecular orbital theory explains the MAE the reason, explores the regulation mechanism of Jahn-Teller effect on MAE. In addition, based on the experimental and theoretical calculation, we explored the synergistic effect of CO doping and defects increase graphene The microscopic mechanism of the catalytic performance of HER. The specific contents are as follows: the first chapter expounds the research progress of high density storage, and single quantum spin systems; the second chapter introduces the calculation method, the knowledge of the physics of key factor MAE magnetic storage and the first principle of Jahn-Teller effect, divided the concept of sub orbital theory; the third chapter, with a single the magnetic atom adsorbed on the surface of MoS2 monolayer system, derived the calculation formula of single quantum MAE, based on the first principle calculation and the molecular orbital theory, proposed the MAE control method based on Jahn-Teller effect; the fourth chapter, the design of single molecule magnet storage unit based on embedded C80 fullerene, its magnetic properties were calculated, and analysis the origin of MAE; the fifth chapter explores the atom doped and lattice defects in a synergistic effect on the mechanism of improving the catalytic performance of graphene HER; the sixth chapter, this paper summarizes the related single Design points of spin quantum structure and control technology, catalysis and lattice defects and doping in low dimensional materials.

【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN304

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本文編號：1539485