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二元过渡金属团簇的结构与磁序

2020-12-07阅读(1032)

二元过渡金属团簇的结构与磁序

论文摘要

磁性过渡金属（Mn、Fe、Co、Ni）团簇以其奇异的电子结构和磁特性吸引着众多研究者的目光。研究过渡金属混合团簇,可以实现对团簇磁特性的人工剪裁和设计,获取单质过渡金属团簇所不具备的新奇磁特性,有利于生产出新型磁性纳米材料,对高密度磁存储器的制备具有重要的意义。因此,过渡金属混合团簇磁性研究成为近年来研究的焦点。本文利用密度泛函理论,采用BLYP交换关联函数和DNP基组,对二元过渡金属团簇MnnX （X =Fe, Co, Ni, La）和XnMn （X =Fe, Co, Ni） （n=1-12）可能的低能态同分异构体进行了广泛搜索,并分析了它们的电子结构和磁性。计算结果表明:（1） MnFe中的Mn-Fe间耦合为铁磁（FM）磁序;Mn2Fe基态结构中的Mn-Mn间耦合属于FM磁序,Mn-Fe间耦合属于反铁磁（AFM）磁序;Mn3Fe结构中的Mn-Mn间耦合都属于AFM磁序;Mn4Fe基态结构中的Mn-Mn间耦合属于AFM磁序。当n≥5时,MnnFe团簇中的Mn-Mn间耦合均属于AFM磁序。（2）当n≤4时,MnnCo团簇基态结构中的Mn-Mn和Mn-Co间耦合均为FM磁序;当n≥5时,团簇中的Mn-Mn间耦合均为AFM磁序。（3） MnNi中的Mn-Ni间耦合为FM磁序,Mn2Ni和Mn3Ni团簇基态结构中的Mn-Mn间耦合属于AFM磁序;当n≥4时,MnnNi团簇中的Mn-Mn间耦合均为AFM磁序。（4）类似于单质Mn团簇,MnnFe、MnnCo、MnnNi团簇也存在由FM向AFM的磁序转变,且磁序转变范围趋向小团簇;MnnLa团簇中不存在由FM向AFM的磁序转变。Mn团簇中掺杂Fe、Co和Ni原子时,存在着从Mn原子向Fe、Co和Ni原子的电子转移;而Mn团簇中掺杂La原子时,存在着电子从La原子向Mn原子的转移。（5） FenMn （n=1-12）团簇基态结构中的Fe-Mn间耦合存在着FM和AFM磁序的竞争。当n=1-2时,Fe-Mn间耦合为FM磁序;当n=3-6,Fe-Mn间耦合属于AFM磁序;当n≥7时,FM磁序的Fe-Mn间耦合完全占据优势。Mn原子低配位数时有明显的磁矩增强,展示出了表面增强效应。（6） Mn原子占据ConMn （n=1-9）团簇基态结构的表面位置,与相同原子数的单质Co团簇相比,团簇的自旋磁矩增强,且增强的磁矩（2μB）与团簇尺寸无关。对于Co10Mn, Co11Mn和Co12Mn团簇,Mn原子占据基态结构的中心位置,团簇的自旋磁矩没有增强。（7） NinMn （n=1-9, 11-12）团簇的自旋磁矩比相同原子数的单质Ni团簇有明显增强。对于Ni10Mn团簇,Mn原子占据中心位置的基态结构,总自旋磁矩只有5μB,但Mn原子占据表面位置的C4v对称结构总自旋磁矩为11μB。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 第一章 绪论
  • 1.1 磁性纳米材料的研究进展
  • 1.1.1 磁性材料概述
  • 1.1.2 磁性纳米材料应用简介
  • 1.2 团簇磁性研究进展
  • 1.2.1 团簇物理学简介
  • 1.2.2 单质磁性团簇研究进展
  • 1.2.2.1 Mn 团簇的研究进展
  • 1.2.2.2 Fe团簇的研究进展
  • 1.2.2.3 Co 团簇的研究进展
  • 1.2.2.4 Ni 团簇的研究进展
  • 1.3 混合团簇磁性研究
  • 1.3.1 混合/掺杂团簇概述
  • 1.3.2 磁性混合/掺杂团簇研究进展
  • 1.4 论文选题及研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 理论基础和研究方法
  • 2.1 经验势和半经验势方法
  • 2.2 从头计算方法
  • 2.2.1 Born-Oppenheimer 近似和平均场近似
  • 2.2.2 分子轨道理论
  • 2.3 密度泛函理论
  • 2.3.1 Thomas-Fermi-Dirac 理论
  • 2.3.2 Hohenberg-Kohn 理论
  • 2.3.3 Kohn-Sham 方程
  • 2.3.4 交换关联泛函
  • 2.3.5 基于密度泛函理论的科学计算软件包
  • 参考文献
  • nX （n=1-12, X=Fe, Co, Ni, La） 团簇结构和磁序'>第三章 MnnX （n=1-12, X=Fe, Co, Ni, La） 团簇结构和磁序
  • 3.1 计算方法
  • nFe （n=1-12） 团簇的几何结构、电子结构和磁序'>3.2 MnnFe （n=1-12） 团簇的几何结构、电子结构和磁序
  • nFe （n=1-12） 团簇的几何结构'>3.2.1 MnnFe （n=1-12） 团簇的几何结构
  • nFe （n=1-12） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩'>3.2.2 MnnFe （n=1-12） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩
  • 3.2.3 研究小结
  • nX （n=1-12, X=Co, Ni, La） 团簇的几何结构、电子结构和磁序'>3.3 MnnX （n=1-12, X=Co, Ni, La） 团簇的几何结构、电子结构和磁序
  • nX （n=1-12, X=Co, Ni, La） 团簇的几何结构'>3.3.1 MnnX （n=1-12, X=Co, Ni, La） 团簇的几何结构
  • nX （n=1-12, X=Co, Ni, La） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩'>3.3.2 MnnX （n=1-12, X=Co, Ni, La） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩
  • 3.3.3 研究小结
  • 参考文献
  • nMn （n=1-12） 团簇结构和磁矩'>第四章 FenMn （n=1-12） 团簇结构和磁矩
  • nMn （n=1-12） 团簇的几何构型'>4.1 FenMn （n=1-12） 团簇的几何构型
  • nMn （n=1-12） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩'>4.2 FenMn （n=1-12） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩
  • 4.3 本章小结
  • 参考文献
  • nMn （n=1-12） 团簇结构和磁矩'>第五章 ConMn （n=1-12） 团簇结构和磁矩
  • nMn （n=1-12） 团簇的几何构型'>5.1 ConMn （n=1-12） 团簇的几何构型
  • nMn （n=1-12） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩'>5.2 ConMn （n=1-12） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩
  • 5.3 本章小结
  • 参考文献
  • nMn （n=1-12） 团簇结构和磁矩'>第六章 NinMn （n=1-12） 团簇结构和磁矩
  • nMn （n=1-12） 团簇的几何构型'>6.1 NinMn （n=1-12） 团簇的几何构型
  • nMn （n=1-12） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩'>6.2 NinMn （n=1-12） 团簇的稳定性、电子结构和磁矩
  • 6.3 本章小结
  • 参考文献
  • 第七章 结论
  • 致谢
  • 攻读学位期间科研成果

    • 相关论文文献

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