石墨烯吸附磁性原子结构及其电磁特性的第一性原理研究

马江将1，胡丽芳1，李克训2，张均锋3（1.山西师范大学物理与电子工程学院； 2.中国电子科技集团公司第三十三研究所， 中国-白俄罗斯电磁环境效应“一带一路”联合实验室； 3.海南师范大学物理与电子工程学院）

摘要：石墨烯与磁性材料复合是调控其电磁性能的重要方法之一。本文使用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了石墨烯吸附Fe， Co，Ni磁性原子的稳定吸附结构和电磁性质。通过计算石墨烯穴位、顶位和桥位吸附磁性原子的吸附能，发现3种磁性原子都倾向于石墨烯穴位吸附构型。电子结构分析结果表明， 磁性原子d轨道与碳原子p轨道之间轨道杂化， 导致费米能级附近态密度增加。在磁性方面，吸附Fe和Co原子后，石墨烯体系呈现磁性特征；吸附Ni原子后， 石墨烯体系仍然保持自旋非极化，呈现非磁性特征。在介电性能方面， 磁性原子的吸附可以有效改变石墨烯体系介电函数的实部和虚部，实现了石墨烯的极化强度和能量损耗能力的有效调控。此外，通过改变磁性原子吸附浓度，可以调控石墨烯体系的介电性能和电磁波衰减频率范围。本文揭示了吸附磁性原子对石墨烯电磁性质的调控机制，为石墨烯在电磁防护领域的应用提供了一定的理论指导。

关键词：第一性原理；石墨烯；电磁性质；介电性质