室温二维磁性材料的信息存储特性研究
文献综述
- 前言
当代社会，信息存储技术日新月异，我们存储介质的体积越来越小，容量则越来越大，且读写速度也变得极其迅速。从上世纪末到现如今，不断更新换代的信息存储技术，无不体现着人们对于信息保存时间更为长久、保存方式更为安全、保存介质更为稳定、保存成本更为低廉的不懈追求。二维材料在结构、性能上表现出了与已有材料不同的独特性质，尽管他们不能够代替硅材料，但是可以和我们现有的技术进行补充、完善。过渡金属碳化物、氮化物和碳/氮化物（MXenes）在2D材料领域有着极大的发展潜力，其中M是一个过渡金属，是最基本的化学元素，而X是碳或者氮。迄今为止，已经有超过70个的MXenes理论被成功预测了，在这些理论中，有20个实例可以实验合成。MXenes在场效应，晶体管、锂离子电池、催化剂等领域中的应用已经被探索过了。二维过渡金属硼化物硼化物由于电子导电性好, 扩散系数低, 键合强度大, 硬度和熔点高等特点而逐渐成为我们研究的热点。过渡金属与硼原子间电荷转移量的多样性决定了过渡金属硼化物中化学键的成键方式和成键强弱,最终导致过渡金属硼化物丰富的结构以及潜在的多功能特性。在已有的研究中，我们还没有检验过3d过渡金属二维材料的特性，因此，在本论文的研究中，我们想从理论上观察3d过渡金属硼化物的稳定性以及电磁特性，通过研究二维材料原始状态以及加了边界修饰之后的相关特性，看他是否能成为一个有着良好信息存储应用前景的材料。
- 文献的研究现状
（一）研究内容
由上面的介绍可知，二维的磁性材料在当今材料学和自旋电子学中，吸引了越来越多人的关注，寻找新型的二维材料的步伐也变得越来越紧。在本文的研究中，我们主要是研究了过渡金属硼化物的相关性质。过渡金属硼化物（TMBs）有着众多优点：耐磨性很强、硬度很高、抗腐蚀性很好、耐高温，是一类很实用的多功能材料。在与过渡金属原子组合的过程中，硼原子会出现电子转移现象，两者之间的这种现象决定着我们过渡金属硼化物，化学键的成键方式以及成键程度的强弱，这将直接影响到我们最后所要研究的物质的结构以及潜在的物理化学性质。
过渡金属硼化物的合成、晶体的结构和电磁特性，已经越来越成为这个领域研究的重点。硼原子之间存在的很强的共价键说明了在我们合成所要研究的过渡金属硼化物的过程中，需要很高的能量来维持该反应的顺利进行。而寻在于晶体结构中的化学键的强弱程度，则是与我们过渡金属硼化物的硬度有着紧密的联系。
本论文此次使用的计算是采取了自旋极化密度进行的泛函理论（即DFT理论）在广义梯度中的使用。投影增广波（PAW）方法常常用于描述离子-电子的相互影响。在研究中，为了适当地考虑强相关性电子，我们观察了原子中部分填充的d轨道。在我们计算Cr原子的时候，平面波基座的能量截止为650电子伏特。在进行结构优化的时候，我们在误差是10-5eV情况下实现数值的收敛。
从以往的研究中我们可以发现，过渡金属的掺杂可以对我们的二维材料，在磁性特征以及电子性能上进行调控，但是过渡金属掺杂又对晶体的环境很敏感。本文主要研究的是OH和F的化学修饰作用对于过渡金属硼化物的磁性调控。
在研究中，我们会发现所要研究的材料中有一种很神奇的现象，我们的晶体材料在沿着不同方向上的磁化曲线形状不同，这就是我们所说的原子的磁各向异性。一般来说，铁磁性材料都是有磁各向异性的，而我们研究的3d金属元素的磁各向异性主要是由自旋轨道耦合效应产生的。相比较来说，稀土金属元素的磁各向异性则起源于晶场作用。磁各向异性是磁性材料一个很重要的物理性质，在文中，我们予以一定的重视。
