鋱及其氧化物團簇的結(jié)構(gòu)及磁學性質(zhì)的理論研究.pdf

1、稀土及其氧化物團簇以其奇異的電學、光學和磁學性質(zhì)吸引著眾多研究者的目光。鋱原子具有可比擬的軌道與自旋磁矩，研究鋱及其氧化物團簇，能夠深入理解這種稀土材料的生長和磁學機制，并獲取軌道磁矩淬滅的稀土及其氧化物團簇所不具有的新奇結(jié)構(gòu)、電學及磁學特性，有利于生產(chǎn)新型的電學和磁性納米材料，提高其在電子，催化，磁性材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。本文采用密度泛函理論(DFT)下的廣義梯度近似方法(GGA-PW91)以及局域密度近似方法(LDA-PWC)，系統(tǒng)地研

2、究了鋱及其氧化物團簇的結(jié)構(gòu)演化和電磁性質(zhì)。具體內(nèi)容如下:
　　(1)通過局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)的密度泛函理論研究，我們系統(tǒng)地研究了Tbn(n=2-20，22，33)團簇的幾何結(jié)構(gòu)，電子及磁學性質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LDA和GGA都能有效地預(yù)測鋱團簇的幾何結(jié)構(gòu)，電子及磁學性質(zhì)。實驗上觀察Tbn(n=2-20，22，33)團簇不規(guī)則的磁矩是由于Tb原子間的鐵磁和反鐵磁序排列造成。Tb原子具有5.1-5.7uB的局域磁矩

3、，被團簇的尺寸，幾何結(jié)構(gòu)及自旋磁矩影響。幾何結(jié)構(gòu)演化分析表明在尺寸為9-12的團簇中正方形反凌錐與二十面體構(gòu)型之間存在很強的競爭，而尺寸為13-20，22，33的幾何結(jié)構(gòu)是二十面體的構(gòu)型。尺寸為4，7，10，13和19的團簇比其近鄰的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，這與早期質(zhì)量光譜觀察一致。同時，HUMO-LUMO能隙，電離勢，親和勢和電偶極矩也被計算。更重要的是，磁矩和電偶極矩隨團簇尺寸的演化與實驗值一致。
　　(2)為了探討單個氧原子對小尺寸鋱

4、團簇在幾何結(jié)構(gòu)、電磁性質(zhì)方面的影響，我們采用量子力學第一性原理LDA-PWC對TbnO(n=2-14)團簇進行了模擬計算。研究發(fā)現(xiàn)氧原子不改變鋱團簇的結(jié)構(gòu)骨架，傾向于吸附在Tbn結(jié)構(gòu)的三角面上，并且顯著地提高該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。TbnO團簇的近紅外(IR)振動光譜不同于其相應(yīng)的裸團簇，有利于檢測TbnO團簇結(jié)構(gòu)的特性。氧原子的摻雜主要改變鋱原子之間的磁序，誘導(dǎo)與氧原子連接鋱原子更小的局域磁矩，這兩者是解釋實驗磁演化振蕩行為的關(guān)鍵因素。計算磁