過渡雙金團簇的結(jié)構(gòu)與電磁性質(zhì)的理論研究.pdf

1、隨著納米科技的日新月異，低維納米結(jié)構(gòu)材料在微電子工業(yè)以及基礎(chǔ)科學(xué)研究中的重要地位日益顯現(xiàn)出來。團簇的微觀結(jié)構(gòu)特點和奇異的物理化學(xué)性質(zhì)為制造和發(fā)展特殊性能的新材料開辟了廣闊的空間。雙金過渡金屬團簇由于其性質(zhì)不僅受尺寸影響而且還受到化學(xué)組分、原子排列等影響，因此引起了人們極大的研究興趣。本論文采用基于第一性原理的密度泛函理論方法對由過渡金屬Co與Mn、V和Cr原子構(gòu)成的雙金混合團簇的結(jié)構(gòu)與電磁性質(zhì)進行了系統(tǒng)的理論研究。主要內(nèi)容如下：

2、 采用密度泛函理論對雙金過渡金屬團簇Con-1Mn和Con-1V(n=2-9)的結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，除Co3V外，Con-1Mn和Con-1V的基態(tài)結(jié)構(gòu)與純Con團簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)十分相似，且Co6，Co5Mn和Co5V團簇的穩(wěn)定性最高。Con，Con-1Mn和Con-1V這三個體系的總磁矩在n=2-5的范圍里隨尺寸增加3μB，而當(dāng)n≥5時，這個隨尺寸變化的增幅降為1μB。與純Con團簇比較起來，錳的摻入會使體系的總磁矩增加，

3、釩的摻入則會降低總磁矩，這一結(jié)果與實驗上在較大尺寸范圍的觀測結(jié)果一致。研究表明，上面的磁現(xiàn)象源于在Con-1Mn中錳和鈷的鐵磁耦合，而在Con-1V中釩和鈷的亞鐵磁耦合，且釩的引入會導(dǎo)致鈷原子上的局域磁矩明顯降低。 采用密度泛函理論對雙金過渡金屬團簇Con-1Cr的結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)進行了類似的研究。研究發(fā)現(xiàn)，除Co3Cr和Co6Cr外，Con-1Cr的基態(tài)結(jié)構(gòu)與純Con團簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)十分相似，且Co6和Co5Cr團簇的穩(wěn)定性最高。C

4、on-1Cr的磁矩隨尺寸的變化具有豐富的變化趨勢：n-2，4，6，7，8，9時，Con-1Cr的磁矩可以有相同原子數(shù)Con的磁矩減7μB得到，而n=5時，Con-1Cr的磁矩可以有相同原子數(shù)Con的磁矩加1μB得到。這一不同的磁性現(xiàn)象源于Cr原子的加入導(dǎo)致團簇原子間距變長或變短，因而其相互作用較弱或較強，從而Cr原子與Co原子之間發(fā)生鐵磁或者反鐵磁耦合。 低維磁材料會發(fā)生磁非共線性耦合(noncollinearcoupling)

5、現(xiàn)象越來越引起人們的廣泛重視。我們進一步采用密度泛函理論對雙金混合團簇Co6-nMnn(n=0-6)的結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)進行了研究，探索混合團簇中組分變化是如何影響體系磁耦合性質(zhì)的。我們發(fā)現(xiàn)，在n-4時，團簇Co6-nMnn的磁性質(zhì)發(fā)生了磁共線耦合(collinearcoupling)向磁非共線性耦合的轉(zhuǎn)變。并得到在Mn原子比例不超過50％時，體系的磁矩會隨Mn原子個數(shù)增加而增強2μB，而當(dāng)超過此比例時體系的總磁矩會隨Mn原子個數(shù)增加而減小，