二维材料磁性性能以及相关研究文献综述

 2023-08-07 15:53:35
  1. 文献综述(或调研报告):

目前,由于纳米电子和光伏器件的广泛和潜在的应用,二维(2D)层状材料受到了广泛而深入的关注。在这些化合物中,2D二硫化锡(SnS2)因为合适的带隙(2.0 eV)、在可见范围中具有高的光学吸收系数、奇特的层状晶体结构、更高的容量、地球储量丰富且环保的特性而备受关注。这些优点表明二维SnS2可以作为薄膜太阳能电池的窗口材料、可见光敏感光催化剂以及锂离子电池的负极材料等。此外,与大块SnS2相比,二维纳米结构(如纳米颗粒、纳米板、纳米薄片等),特别是单层SnS2,由于其超薄结构的量子尺寸约束效应,表现出更为优异的性能。

另一方面,已有研究表明二维SnS2具有非磁性基态,磁性特性在二维半导体自旋电子学器件中一直起着重要作用。因此,掺杂原子被用于诱导和操纵二维SnS2中的磁性,并通过提供一个新的平台来探索新的功能而引起了广泛的关注。G. Kiruthigaa等合成了Zn和Ce掺杂的SnS2,发现其光催化活性增强[7,9]。最近有报道称,SnS2与钒(V)或钨(W)元素的掺杂使其成为IBSC应用于[10]的中间带太阳能电池的有前途的候选母材。Alqarni等制备了掺杂铁的纳米薄片,并报道了其优异的光学性能[2]。Sun等从理论上研究了掺铁体SnS2的磁性和光学性质[4,6],发现随着掺铁浓度增加到12.5%,可见区域的吸附系数单调增加。然而,据调研可知,关于锰掺杂单分子层SnS2的研究很少,特别是该化合物的磁性性能变化。对掺杂锰的SnS2进行更好的理论表征,有助于更好地理解其实际应用,为实验提供有益的补充[11,12]。

除此之外,SnS2可以很容易地通过许多通用的方法制备。Yassin等人的研究就是SnS2合成的一个例子[10]。其他合成SnS2的方法有水热法[8]和喷雾热解[3,10]。熔融盐固态反应[2,5]也是制备SnS2的一种简单方法。

综上所述,目前SnS2主流掺杂材料有Fe,Zn,W,V,Mn等,其中关于掺杂Mn的SnS2的磁性能研究较少,同时关于掺杂Mn的SnS2制备方法比较完善,易于比较掺杂前后的差异,所以选择研究掺杂Mn的SnS2的磁性能变化。

参考文献具体内容(与参考文献目录一一对应)

  1. 本篇文献主要研究了铁掺杂单分子层的结构、电性能和磁性能以及双轴应变效应报道结果如下:SnS2以单层的形式仍然是间接带隙半导体。铁掺杂单分子层SnS2能量稳定性强且单层SnS2容易被剥落获取。在富s条件下,与富Sn环境相比,铁掺杂的SnS2化合物得到了更大的能量优势。虽然原子半径相同,但Fe的四价离子半径小于Sn,导致金属-硫键长度缩短。铁掺杂的SnS2单分子层是半金属的,一个自旋通道是金属的,另一个是半导体的。轻微的压缩应变大大增强了带隙,并导致从半金属到半导体的转变,幅度高达- 6%甚至更多。在拉伸应变方面,当正应变大于 6%时,发现Fe掺杂体系向金属化转变,在 15%处发生了严重的结构变形,可承受的应变范围为 15%。
  2. 本篇文献报道了熔盐固相法制备掺杂铁的SnS2。从光学漫反射数据分析发现,在价带和导带之间形成了铁中间带,从而确定了两个光子吸收过程。对应于两个光子吸收的带隙EgHInd和EgLInd分别为1.49 ~ 1.09 eV和0.76 ~ 0.93 eV。最重要的发现是EgHInd和EgLInd的总和在2.25 ~ 2.02 eV之间,维持了亲本SnS2的带隙值(2.01 eV),这与太阳能电池输出电压(Vo)的持续性直接相关,是制造具有高太阳能转换效率的中间波段太阳能电池的主要条件。
  3. 本篇文献主要记载热裂解法制备纳米sns2和Sn0.75X0.25S2 (X = Cr, Fe, Y)。实验结果表明,SnS2和Sn0.75X0.25S2 (X = Fe、Cr、Y)样品均为单相(空间组P-3m1为六角形水镁石结构),SnS2和Sn0.75Y0.25S2样品中均有残余碳。样品的尺寸和应变具有高度的各向异性,沿[001]方向的尺寸为1 ~ 6 nm,沿[100]方向的尺寸为10 ~ 21 nm。Cr、Fe和Y的阳离子被发现低于目标掺杂值,这是由于一些掺杂离子可能迁移到晶界。
  4. 本篇文献主要是采用了分别对应于0%,5.56%,6.25%,8.33%和12.50%的Fe掺杂浓度的五个不同的结构配置,以探讨Fe掺杂浓度对SnS2性能的影响。
  5. 本篇文献主要记载了用熔盐固态反应法制备了Sn1minus;xFexS2 (x=0, 0.125, 0.250和0.375)的多晶样品。用x射线衍射仪(XRD)和LCR能谱仪(LCR)对其结构和阻抗特性进行了表征。用x射线衍射仪(XRD)和LCR能谱仪(LCR)对其结构和阻抗特性进行了表征。
  6. 本篇文献主要是利用密度泛函理论计算,系统地研究了铁掺杂SnS2的结构和磁性能。结果表明,掺杂铁的体SnS2可能是设计自旋电子器件的一个有前途的候选体。
  7. 本篇文献采用固相反应法合成了纳米SnS2和掺锌SnS2,并用粉末X射线衍射(XRD)、FT-IR、FT-Raman、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、透射电镜(TEM)、光致发光(PL)和紫外可见光谱对其进行了表征。
  8. 本篇文献采用水热法合成了纳米SnS2和掺锌SnS2,利用电子光谱、X射线衍射、拉曼光谱、透射电镜、N2吸附-解吸等温线和UV-Vis漫反射光谱,在可见光(lambda;gt;420nm)照射下,测定了它们的光催化性能。
  9. 本篇文献采用固相反应合成了新型Ce掺杂SnS2纳米片。采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(FT-Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、光致发光(PL)和紫外可见光谱(UV-Vis)对其结构、形貌和光学性能进行了表征。
  10. 本篇文献采用喷雾热解沉积法制备Sn0.75V0.25S2和Sn0.75W0.25S2。通过x射线衍射、原子力显微镜、显微拉曼光谱和UV-Vis-NIR光学透射测量对样品进行了表征。
  11. 本篇文献基于密度泛函理论,研究了SnS2单层膜中Mn原子取代S原子对电子结构和化学活性的影响。将掺杂Mn的电子引入到单空位SnS2体系的悬挂键中,提高了Mn-Sn键的稳定性。Mn-SnS2单层膜通过更有利的Langmuir-Hinshelwood反应机理和两步反应路线,对CO氧化反应具有良好的催化活性。
  12. 本篇文献以金属氯化物和硫代乙酰胺为前驱体,采用溶剂热法合成了Ni,Co,Mn掺杂的SnS2石墨烯气凝胶(M-SnS2-GA)超级电容器材料。扫描电镜图像显示,样品形成了二维纳米石墨烯气凝胶的复杂三维网络结构。电化学测试表明,石墨烯气凝胶和掺杂金属离子的存在从根本上改善了SnS2的电化学性能。其中Mn-SnS2-GA的比电容最高(扫描速率为5mv s1时为523.51fg1),几乎是SnS2的三倍(171.56fg1)。同时,Mn-SnS2-GA在循环试验中也表现出很好的稳定性。
  13. 本篇文献研究了采用玻璃或有机基板的倒装芯片封装,然后安装在印刷电路板(PCB)上的可靠性。
  14. 本篇文献报道了一种基于洛伦兹力的三轴磁力仪。
  15. 本篇文献介绍了一种用于电子罗盘的三轴洛伦兹力磁强计。

参考文献:

1. Y Liu, F Wang, D Kong, B Hu, C Xia. Effect of strain on electronic and magnetic properties of Fe-doped monolayer SnS2[J]. Physics Letters A, 2017 , 381 (20).

2. Areej S. Alqarni, O.A. Yassin.Structural and optical properties of Fe-doped SnS2 nanoflakes prepared by molten salt solid state reaction[P].Materials Science in Semiconductor Processing 42 (2016) 390–396

3. Zein K. Heiba, Mohamed Bakr Mohamed,M.H. Abdel Kader,Experimental and Theoretical Investigations on Intermediate Band in Doped Nano-SnS2[J]. Journal of Electronic Materials, Vol. 47, No. 5, 2018

4. L Sun, W Zhou, Y Liu, D Yu, Y Liang. Electronic structure and optical properties of Fe-doped SnS2 from first-principle calculations[J]. Rsc Advances, 2015 , 6 (5) :3480-3486.

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