原子取代调控十二边形石墨烯电子与磁性质：一项DFT研究

本研究通过第一性原理密度泛函理论（DFT）系统探讨了十二边形石墨烯的原子取代掺杂效应，揭示了IIIA、VA族及过渡金属元素（如Fe、Co）掺杂可诱导磁性（μB）并调控能带结构，为二维碳材料在自旋电子学（Spintronics）和纳米器件中的功能化设计提供了理论依据。

　　

Highlight

Computational methods

我们的计算基于第一性原理平面波密度泛函理论（DFT），采用投影缀加波（PAW）势和广义梯度近似（GGA）下的Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）交换关联泛函。所有数值结果通过Vienna Ab initio Simulation Package（VASP）软件获得，平面波基组动能截断设为?²(k + G)²/2m（具体参数详见方法部分）。

Results and discussion

为建立基准对比，我们首先研究了原始十二边形石墨烯的结构、动力学和电子性质。优化后的晶格参数为a = b = 6.77 ?，并观察到两种 distinct 的C–C键长：d₁ = 1.48 ?（环内键）和 d₂ = 1.36 ?（环间键）（图1(a)）。这些值与既往研究一致[14]。内聚能 per atom 通过公式 E_coh = [n_XE_X + n_CE_C – E_C47+X] / (n_X + n_C) 计算。

Conclusions

本研究通过第一性原理DFT计算，系统探讨了点缺陷和III_A、IV_A、V_A、VI_A、VI_B、VII_B及VIII_B族元素取代对十二边形石墨烯单层结构、电子和磁性质的影响。结果表明：原始十二边形石墨烯是窄直接带隙非磁性半导体，引入碳空位会导致——（此处原文截断，结论部分延续上述发现）。