過(guò)渡雙金團(tuán)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(lái)。團(tuán)簇的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(kāi)辟了廣闊的空間。雙金過(guò)渡金屬團(tuán)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(duì)由過(guò)渡金屬Co與Mn、V和Cr原子構(gòu)成的雙金混合團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)與電磁性質(zhì)進(jìn)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(duì)雙金過(guò)渡金屬團(tuán)簇Con-1Mn和Con-1V(n=2-9)的結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)進(jìn)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(tuán)簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)十分相似，且Co6，Co5Mn和Co5V團(tuán)簇的穩(wěn)定性最高。Con，Con-1Mn和Con-1V這三個(gè)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(shí)，這個(gè)隨尺寸變化的增幅降為1μB。與純Con團(tuán)簇比較起來(lái)，錳的摻入會(huì)使體系的總磁矩增加，

3、釩的摻入則會(huì)降低總磁矩，這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)上在較大尺寸范圍的觀測(cè)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(huì)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(duì)雙金過(guò)渡金屬團(tuán)簇Con-1Cr的結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)進(jìn)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(tuán)簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)十分相似，且Co6和Co5Cr團(tuán)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(shì)：n-2，4，6，7，8，9時(shí)，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(shí)，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(tuán)簇原子間距變長(zhǎng)或變短，因而其相互作用較弱或較強(qiáng)，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(huì)發(fā)生磁非共線性耦合(noncollinearcoupling)

5、現(xiàn)象越來(lái)越引起人們的廣泛重視。我們進(jìn)一步采用密度泛函理論對(duì)雙金混合團(tuán)簇Co6-nMnn(n=0-6)的結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)進(jìn)行了研究，探索混合團(tuán)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(shí)，團(tuán)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(guò)50％時(shí)，體系的磁矩會(huì)隨Mn原子個(gè)數(shù)增加而增強(qiáng)2μB，而當(dāng)超過(guò)此比例時(shí)體系的總磁矩會(huì)隨Mn原子個(gè)數(shù)增加而減小，