配位化合物的磁性机理研究

论文摘要

密度泛函理论是研究材料基态物理性质的理论基础,而基于密度泛函理论的第一性原理计算则是研究材料基态性质的强大工具。通过计算,不仅可以解释材料的物理性质,而且可以模拟不同条件下材料的行为。这为预测材料的新性能或者指导新材料的合成提供理论依据。有机化合物要获得宏观的磁性,除了顺磁中心以外,还要求分子具有一定的空间构型,以便顺磁中心的自旋磁矩之间可以相互耦合,因此控制晶体中分子的空间排列情况是设计和合成磁性有机化合物的重要因素。根据这一思路,人们设计和合成了许多金属有机配位化合物。然而,这些研究重点都是放在晶体的结构参数和磁性的关系上面,没有涉及到材料的磁性起源及磁性机理,而了解自旋磁矩的分布对于揭示磁性材料中金属离子通过配位体的耦合机制是不可缺少的。本论文的目的就是利用基于密度泛函理论的第一性原理计算来研究几种配位化合物的电子结构和自旋磁矩分布,以此来揭示化合物中金属离子通过配位体的磁性耦合机制,这对于理解磁性起源与磁性机理有着重要作用。在计算中,我们选用基于全势线性缀加平面波方法的WIEN2k程序,该程序是晶体电子结构计算中最精确的方法之一。首先,我们利用第一性原理方法研究化合物MnCu（pba）（H2O）3·2H2O的电子结构和磁性质。通过计算,发现该化合物存在铜和锰两个磁性中心。铜一桥相互作用显示共价键特征,而锰一桥之间主要是闭壳层相互作用,并且存在强的链内耦合与弱的链间耦合。磁性耦合来源于铜和锰原子向桥联原子的自旋退局域化效应,且具有磁性特征但不具有金属性特征。其次,利用第一性原理方法研究化合物Co（endi）2（N3）2的电子结构和磁性质。通过计算,发现该化合物存在铁磁相互作用,存在强的层内耦合与弱的层间耦合。磁性耦合来源于Co2+向叠氮配体的自旋退局域化效应,且具有半金属磁性的特征。最后,我们还对2,2’-bipyridine配体化合物进行了研究。从[Cu（μ-cbdca）（bpy）]2计算得到的磁矩分布显示,最大的磁矩分布在Cu原子上,并且联吡啶配体呈现少量的磁矩,这说明Cu原子与联吡啶配体之间存在铁磁耦合相互作用,这一铁磁耦合作用来源于Cu原子向联吡啶配体上原子的自旋退局域化效应,但不具有金属磁性。

论文目录

• 内容摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 物质磁性的分类
• 1.2 分子磁性材料的研究进展
• 1.3 本文的工作和目的
• 2 理论基础
• 2.1 密度泛函理论
• 2.2 全势线性缀加平面波方法
• 2.3 材料计算模拟软件
• 2O）₃·2H₂O 的电子结构和磁性质'>3 双齿配体化合物MnCu（pba）（H₂O）₃·2H₂O 的电子结构和磁性质
• 3.1 化合物的电子结构与参数
• 3.2 化合物的磁性质
• 3.3 结果与讨论
• 2（N₃）₂的电子结构和磁性质'>4 叠氮化合物Co（endi）₂（N₃）₂的电子结构和磁性质
• 4.1 化合物的电子结构与参数
• 4.2 化合物的磁性质
• 4.3 结果与讨论
• 2的电子结构和磁性质'>5 联吡啶化合物[Cu（μ-cbdca）（bpy）]₂的电子结构和磁性质
• 5.1 化合物的电子结构与参数
• 5.2 化合物的磁性质
• 5.3 结果与讨论
• 6 总结
• 参考文献
• 后记
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文目录