基于贝叶斯算法的5-7环缺陷石墨烯纳米带热电性能优化设计

由于结构巨大的自由度,缺陷石墨烯纳米带热电转换性能的优化设计是材料研究领域的难点之一.本文利用非平衡格林函数结合贝叶斯算法,对5-7环缺陷石墨烯纳米带热电性能进行了优化设计.研究结果表明,在搜寻具有高热电转换效率5-7环缺陷石墨烯纳米带的过程中,贝叶斯算法具备有效性和优越性.计算发现,利用贝叶斯算法能快速且准确地从32896个候选结构中搜索到具有最佳热电转换性能的唯一构型.即使在效率最低的一轮优化中,也仅需要计算1495个候选结构(约占所有候选结构的4.54%)即可寻找到最佳构型.研究还发现,在室温下的最佳构型5-7环缺陷石墨烯纳米带(长和宽分别为21.162nm和1.23 nm)的热电优值ZT (约1.13)较完美石墨烯纳米带(约0.14)提升了近一个量级.这主要归因于5-7环缺陷有效抑制了系统的电子热导率,使得功率因子的减弱作用和热导率的抑制作用(正效应)之间达到了最大平衡.研究结果为设计和制备具有优异热电转换效率的石墨烯纳米带热电器件提供了一种新的可行性方案.

缺陷钴纳米环磁化动力学研究

利用Monte Carlo (蒙特卡洛)方法结合快速傅立叶变换,研究了不同缺陷环半径、不同缺陷位置的纳米环磁特性,模拟结果表明:纳米环系统缺陷程度较小时,其磁特性与对称纳米环系统接近;而当缺陷程度较大时,由于其几何形状与对称单纳米环相差甚远,系统的磁特性与对称纳米环系统差别较大。此外,研究还发现,缺陷程度较大时,系统虽保留了对称纳米环系统的主要特征(涡旋态和洋葱态),但相比起来,涡旋态的稳定性更低,过渡状态增加,整体的磁化过程也更为复杂。

缺陷铁纳米环体系的磁特性研究

采用Monte Carlo方法与快速傅里叶变换微磁学方法相结合的方式,模拟含不同缺陷的铁纳米环的磁滞回线、组态、剩磁等磁特性.研究发现:缺陷的大小与位置明显影响系统的磁化过程.当缺陷较小时,系统存在双稳态特征,此性质与无缺陷系统类似;当缺陷增大时,系统过渡状态增加,双稳态特征不再明显.进一步的研究发现,缺陷系统的剩磁随缺陷半径D的增大而增大.上述结果与非对称纳米环系统的磁特性类似,并可以通过零场状态下的系统自旋组态的变化加以解释.当系统圆心与缺陷中心的间距Y增加时,剩磁与Y的关系是非线性的:剩磁先随Y的增大而增大,后随Y的增大而减小.模拟结果可用零场状态下不同Y值的组态变化进行详细解释.上述研究结果表明,缺陷可以明显影响铁纳米环的磁特性.

缺陷对钴纳米环磁特性的影响

基于蒙特卡洛方法与快速傅里叶变换微磁学方法,模拟了缺陷钴纳米环的磁化特性。研究发现,缺陷纳米环磁滞回线的过渡状态较多,系统自旋组态较丰富。当缺陷的Y值不同时,系统均出现双稳态。系统的剩磁与Y值明显相关:当Y值较小而系统保持对称状态时,剩磁接近于零;随着Y值的增大,系统的剩磁逐渐增大;当Y值增大到一定范围内,剩磁变化减小,出现一个平台区;继续增大Y值,剩磁又逐渐减小。模拟结果与实验结果一致。

小缺陷铁纳米环的磁特性

用蒙特卡罗方法与快速傅里叶变换微磁学相结合的方法模拟小缺陷铁纳米环的磁化动力学.研究发现小缺陷铁纳米环的磁滞回线出现"双稳态"特征,与实验结果一致.能量研究表明:涡旋态出现的区间为能量局域极小区间.缺陷系统的剩磁随着缺陷位置的变化而变化:剩磁随着Y值的增加先增大后减小,并在中间区域保持相对稳定.系统的自旋组态可以解释上述现象.