室温二维磁性半金属的结构预测及其电子性质探究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11904077
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2004.凝聚态物质电子结构
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Since the discovery of graphene, the study of two-dimensional (2D) materials has undergone a vigorous development for fifteen years. However, whether magnetism can exist in 2D platforms is a hot topic and widely discussed in the scientific community. Recently, by using mechanical exfoliation method, 2D intrinsic magnetic CrI3 and Cr2Ge2Te6 layers have been successfully realized, indicating a new era for the study of 2D magnetic materials. Nevertheless, the low curie temperature and trivial band dispersions in these 2D layers significantly restrict their application in spintronics. This project aims to discover new 2D magnetic monolayers with high stability, room-temperature magnetism and novel electronic properties by first principles calculations combined with particle swarm optimization. The dynamical and thermal stabilities will be conformed based on density functional perturbation theory and molecular dynamics simulations, respectively. Electronic band dispersions will be calculated by different exchange correlation functionals. By considering the spin–orbit coupling effect, the maximally localized Wannier functions will be constructed to study the edge state and Chern Number. The Curie/Néel temperature (Tc/TN) will be estimated based on Classical Heisenberg model as implemented in Monte Carlo simulations. The strain effect will be applied to manipulate the spin exchange interaction and to control Tc/TN. The mechanism on how to improve Tc/TN in these 2D platforms can be also revealed. This project provides a good guidance for the future synthesis and investigation of room-temperature 2D magnetic half-metals.
自从石墨烯发现至今,二维材料已经经历了十五年的蓬勃发展。然而,磁性能否在二维材料中存在一直是科学界探讨的热点问题。最近,具有內禀铁磁性的二维CrI3和Cr2Ge2Te6通过机械剥离方法相继合成,开创了二维磁性材料研究的新阶段。然而,较低的居里温度以及平庸的能带色散关系限制了其在自旋电子器件领域的发展。本项目拟利用第一性原理计算结合粒子群算法,发现具有高稳定性,室温磁转变温度,新奇电子性质的二维磁性结构。基于密度泛函微扰理论以及分子动力学研究动力学及热力学稳定性;应用不同交换关联泛函,研究能带色散关系; 考虑自旋轨道耦合效应,构造最大局域化瓦尼尔函数,计算边界态以及陈数;基于经典海森堡模型的蒙特卡洛模拟研究居里温度Tc/奈尔温度TN;采用应力改变磁交换相互作用,从而调控磁转变温度,发现提高Tc/TN的内在规律。本课题对于实验上新型室温二维磁性半金属的合成以及性质探究具有一定指导意义。

结项摘要

发现具有室温磁转变温度的新型二维磁性材料是自旋电子学领域的研究热点之一。本项目针对目前已经发现的二维磁性材料居里温度较低、电子性质较为平庸等问题,致力于探索具有高磁转变温度和新奇电子结构的二维铁磁/反铁磁半金属材料。本项目按照任务书内容进行研究,主要完成了以下工作:(1)应用金属锰元素对二维硼基单层进行修饰,预测了MnB6单层结构,通过蒙特卡罗模拟计算发现其磁转变温度为470K,具有高于室温的居里温度。(2)发现了反铁磁奈尔温度高达1050K的MoB3单层,以及铁磁居里温度达到390K的MoB4单层。MoB3呈现出的狄拉克节线特征,使其在电子器件领域具备应用前景。(3)发现了奈尔温度达到360K的MnO反铁磁单层,通过电场的调控可使其发生从反铁磁半导体转变为铁磁金属,这为将来调控具有特定功能化的二维磁性材料提供一种思路。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Monolayer RhB4: Half-auxeticity and almost ideal spin-orbit Dirac point semimetal
单层 RhB4:半拉胀性和几乎理想的自旋轨道狄拉克点半金属
  • DOI:
    10.1103/physrevb.104.245423
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physical Review B
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zhen Gao;Qianqian Wang;Weikang Wu;Zhixue Tian;Ying Liu;Fengxian Ma;Yalong Jiao;Shengyuan A. Yang
  • 通讯作者:
    Shengyuan A. Yang
A perfect match between borophene and aluminium in the AlB(3) heterostructure with covalent Al-B bonds, multiple Dirac points and a high Fermi velocity.
AlB3 异质结构中硼烯与铝的完美匹配,具有共价 Al-B 键、多个狄拉克点和高费米速度
  • DOI:
    10.1039/d1sc05207a
  • 发表时间:
    2022-01-26
  • 期刊:
    Chemical science
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Jiao Y;Ma F;Zhang X;Heine T
  • 通讯作者:
    Heine T
Predicting MnB6 monolayer with room temperature ferromagnetism and high magnetic anisotropy
预测具有室温铁磁性和高磁各向异性的 MnB6 单层
  • DOI:
    10.1016/j.physe.2021.114930
  • 发表时间:
    2021-08-17
  • 期刊:
    PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS & NANOSTRUCTURES
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Gao, Zhen;Ma, Fengxian;Du, Aijun
  • 通讯作者:
    Du, Aijun
Surface functionalization of two-dimensional boridene family: Enhanced stability, tunable electronic property, and high catalytic activity
二维硼化物家族的表面功能化:增强稳定性、可调电子性能和高催化活性
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2022.154374
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Hongbo Wu;Zhen Gao;Fengxian Ma;Zhixue Tian;Ying Liu;Yalong Jiao;Aijun Du
  • 通讯作者:
    Aijun Du
Two-dimensional Ruthenium Boride: A Dirac Nodal Loop Quantum Electrocatalyst for Efficient Hydrogen Evolution Reaction
二维硼化钌:用于高效析氢反应的狄拉克节点环量子电催化剂
  • DOI:
    10.1039/d2ta08951c
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Zhen Gao;Fengxian Ma;Hongbo Wu;Yongheng Ge;Ziming Zhu;Ying Liu;Yalong Jiao;Zhongfang Chen
  • 通讯作者:
    Zhongfang Chen

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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