本文關(guān)鍵詞： 密度泛函理論 碳硼烷 夾心納米線 半金屬 調(diào)制　出處：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：有機(jī)金屬夾心納米線由金屬元素和有機(jī)芳香環(huán)交錯(cuò)形成。實(shí)驗(yàn)和理論研究均發(fā)現(xiàn)該類納米線具有豐富的電磁性質(zhì),在電子和自旋電子學(xué)器件等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文運(yùn)用密度泛函理論,系統(tǒng)地研究了基于碳硼烷的新型一維金屬夾心納米線((Mt C2B10H12)∞,(Mt C4B8H12)∞)結(jié)構(gòu)和(VCp)∞的電磁性質(zhì),總結(jié)規(guī)律并提出了基于電荷轉(zhuǎn)移的鐵磁半金屬理論模型。該模型能夠解釋并預(yù)測目前大部分的半金屬夾心金屬納米線,并從基礎(chǔ)角度解釋了電荷轉(zhuǎn)移的離子作用以及磁交換之間相互關(guān)系,為越來越重要的共價(jià)-離子復(fù)合作用體系的理論研究奠定良好的方法基礎(chǔ)。本論文主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容:首先對(Mt C2B10H12)∞(Mt=Sc,Ti,V,Fe,Co,Al,Ru,Co Ru)進(jìn)行了理論研究。該納米線結(jié)構(gòu)對稱性較低,首先確認(rèn)了扭轉(zhuǎn)角對納米線穩(wěn)定性和性質(zhì)的影響。計(jì)算顯示扭轉(zhuǎn)角對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和帶隙影響不大。該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高,遠(yuǎn)大于有機(jī)夾心納米線。金屬原子種類對(Mt C2B10H12)∞的電磁性質(zhì)具有決定性的影響。其中,(Sc C2B10H12)∞具有鐵磁性半導(dǎo)體特性,并具有0.289 e V的間接帶隙,1.0μB的磁矩值�？紤]碳硼烷的活性位,對(Sc C2B10H12)∞的活性碳位和硼位進(jìn)行了化學(xué)修飾,研究發(fā)現(xiàn)碳位修飾氨基和甲基等給電子基團(tuán)能明顯減小帶隙,吸電子基團(tuán)以及硼位修飾正好相反。其次研究了Mt TCDC(Mt=V,Cr,Mn,Co,Ni.TCDC=C4B8H12)納米線體系,該體系均保持D2d對稱性。在Co TCDC納米線中,其結(jié)合能達(dá)到9.3 e V/Co,與實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的類似金屬碳硼烷結(jié)合能相吻合。該體系具有半金屬性,并且相應(yīng)半導(dǎo)體帶隙達(dá)到2.5 e V,明顯高于一般有機(jī)金屬夾心納米線。因此對Co TCDC進(jìn)行深入研究并分析了其半金屬性質(zhì)的成因�；谶@種分析,結(jié)合Mc Connell等人的鐵磁性研究,提出新型的電子轉(zhuǎn)移模型,給出納米線體系具有鐵磁半金屬性的原因:一是體系對稱性高,使得電子給體與受體相互作用強(qiáng);二是給體電子轉(zhuǎn)移后仍具有單電子存在,保證了體系的鐵磁性;三是受體接受電子后仍能保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu),不會發(fā)生變形。該模型對有機(jī)芳香環(huán)、碳硼烷金屬夾心納米線中鐵磁半金屬性質(zhì)的具有一定的預(yù)測作用,對半金屬體系的設(shè)計(jì)及合成具有重要的指導(dǎo)意義。最后鑒于新提出的電子轉(zhuǎn)移模型無法對(VCp)∞的半金屬性進(jìn)行解釋,對(VCp)∞的半金屬性進(jìn)行深入研究并首次提出在(VCp)∞中,存在直接交換和間接交換兩種鐵磁耦合方式。通過加電場,加壓,引入電子或空穴等方法對該體系進(jìn)行性質(zhì)調(diào)制發(fā)現(xiàn),對于(VCp)∞,注入一到兩個(gè)空穴使得體系變成半導(dǎo)體,注入一到兩個(gè)負(fù)電荷能使體系變成金屬性,完成了同一納米線從金屬到半金屬到半導(dǎo)體性質(zhì)的改變,實(shí)現(xiàn)半金屬開關(guān)的目的。
[Abstract]:Organometallic sandwich nanowires are interlaced by metal elements and organic aromatic rings. Both experimental and theoretical studies show that these nanowires have abundant electromagnetic properties. It has a broad application prospect in electronics and spin electronics. Density functional theory is used in this paper. The structure and electromagnetic properties of a new one-dimensional metal sandwich nanowire (Mt C2B10H12) 鈭，

本文編號：1472381