最近科技工作者成功地制備了硼烯團(tuán)簇及其納米帶,并且發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能,是繼石墨烯之后又一個(gè)新穎的二維材料,在磁學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、能源科學(xué)等諸多領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。研究硼烯團(tuán)簇磁性及其磁性產(chǎn)生的機(jī)制,對(duì)完善相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)具有重要的意義。本文利用Monte Carlo模擬方法,研究以B_(36)為基本單元的硼烯團(tuán)簇及其納米帶結(jié)構(gòu),詳細(xì)討論了交換耦合作用和各向異性對(duì)系統(tǒng)的階梯效應(yīng)、磁矩、磁化率、阻礙溫度、內(nèi)能和比熱等磁學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)的影響。論文首先研究了以B_(36)為基本單元形成的硼烯團(tuán)簇,結(jié)果表明:在低溫情況下,隨著交換作用和各向異性的改變,系統(tǒng)的總平均磁矩曲線隨外場的變化出現(xiàn)了多個(gè)階梯現(xiàn)象,這種現(xiàn)象可歸因于子格高低自旋態(tài)間的翻轉(zhuǎn);磁矩隨著溫度的變化出現(xiàn)了兩種類型:一是磁矩隨溫度的升高而降低,二是在低溫區(qū)磁矩出現(xiàn)一個(gè)極大值隨后迅速下降;磁化率隨溫度變化曲線峰值所對(duì)應(yīng)的溫度稱之為阻礙溫度,其隨著反鐵磁交換作用|J|和鐵磁交換作用J_2(J_3)的增加而升高,隨著各向異性|D_3|(|D_4|)的增加而降低,因此,可通過干預(yù)交換作用、各向異性實(shí)現(xiàn)對(duì)阻礙溫度的調(diào)控;內(nèi)能隨著溫度的增加而增加至出現(xiàn)拐點(diǎn),隨后緩慢增加;在比熱曲線上出現(xiàn)了一個(gè)明顯的峰,且峰值對(duì)應(yīng)的溫度隨交換作用|J|(J_2和J_3)的增加而升高,隨各向異性|D_1|(|D_4|)的增加而降低。論文研究了B_(36)為基本單元形成的硼烯納米帶,結(jié)果表明:在低溫條件下,系統(tǒng)的總平均磁矩也會(huì)出現(xiàn)階梯效應(yīng),階梯數(shù)隨著交換作用|J|(J_3)增加而減少,隨著各向異性數(shù)值的增加而減小;磁矩除了隨溫度的升高而降低,也出現(xiàn)了新的曲線類型,即在一定的參數(shù)下曲線出現(xiàn)一個(gè)極大值;當(dāng)取不同的各向異性時(shí),體系將出現(xiàn)兩個(gè)不同的飽和磁矩;交換作用和各向異性對(duì)阻礙溫度有較大影響;各向異性D_2、D_3和D_4對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)能在全溫區(qū)都有很大的影響;在比熱隨溫度變化曲線上出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰,且峰值對(duì)應(yīng)的溫度隨各種參數(shù)變化而變化。
【學(xué)位單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;O482
【部分圖文】：

第 3 章 硼烯團(tuán)簇的磁化特性和熱力學(xué)性質(zhì)目前，科學(xué)家經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和理論研究發(fā)現(xiàn)較為穩(wěn)定的硼烯團(tuán)簇是以中空六邊形36為基本單元向四周散開。本章主要采用 Monte Carlo 方法模擬研究了以 B36元組成的硼烯團(tuán)簇的磁性和熱力學(xué)性質(zhì)，其中磁性包括階梯效應(yīng)、磁矩、磁礙溫度，熱力學(xué)性質(zhì)包含內(nèi)能和比熱。 硼烯團(tuán)簇的模型及基本公式本章研究硼烯團(tuán)簇，其結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示由 7 個(gè) B36單元組成。其中基于 3 個(gè)成的 B36單元來說，內(nèi)環(huán)和外環(huán)的自旋取為 3/2，中間環(huán)的取相反自旋-3/2。間屬于反鐵磁交換耦合作用 J 。沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文

圖 3.2 當(dāng) J2=0.8, J3=1.2 和 T=0.05 時(shí)，（a）總平均磁矩和（b）八個(gè)子格磁矩隨外場 h 變化規(guī)律Fig. 3.2 (a) Total average magnetizations and (b) sublattice magnetization of the eight type versus theexternal magnetic field h for J2=0.8, J3=1.2 and T=0.05圖 3.3 給出了當(dāng) J=-0.8、J3=1.2 和 T=0.05，改變中間圍的交換作用 J2時(shí)，系統(tǒng)隨外場 h 的變化曲線。圖 3.3（a）給出了系統(tǒng)總的平均磁矩 M 隨著外場 h 的變化曲線。當(dāng) J2=-0.8 時(shí)，在外場的變化中系統(tǒng)的磁矩曲線共產(chǎn)生三個(gè)磁性階梯，所對(duì)應(yīng)的總的平均磁矩值分別為 Ms=1.5、M=0.5 和 M=-0.3。此時(shí)，系統(tǒng)存在了一個(gè)臨界磁場 hc=3.6，飽和磁場 hs=4.8。當(dāng) J2=-1.8 時(shí)，磁矩曲線也產(chǎn)生三個(gè)磁性階梯，但是所對(duì)應(yīng)的總的平均磁矩值分別為 Ms=1.5、M=0.5 和 M=0.3。此時(shí)，系統(tǒng)臨界磁場 hc=8.05，飽和磁場hs=8.35。當(dāng) J2=-2.2 時(shí)，系統(tǒng)的磁矩曲線僅僅產(chǎn)生兩個(gè)磁性階梯，所對(duì)應(yīng)的總的平均磁矩值分別為 Ms=1.5 和 M=0.5。此時(shí)，系統(tǒng)只存在飽和磁場 hs=9.2。從圖 3.3（b）可以看出，在 J2=0.8 時(shí)子格曲線（M1, M2, M3, M6, M7, M8）在隨外場的增加出現(xiàn)了兩個(gè)階梯分別是分別為 3/2 和-3/2。當(dāng)他們從-3/2 翻轉(zhuǎn)到 3/2，所對(duì)應(yīng)的磁場分別臨界磁場hc 和飽和磁場 hs。然而，其它子格磁矩始終保持在 M4=M5=3/2。當(dāng) J2=-1.8 時(shí)，子格

圖 3.3 當(dāng) J=-0.8、J3=1.2 和 T=0.05 時(shí)，（a）總平均磁矩和（b）八個(gè)子格磁矩隨外場 h 變化規(guī)律Fig. 3.3 (a) Total average magnetizations and (b) sublattice magnetization of the eight type versus theexternal magnetic field h for J=-0.8, J3=1.2 and T=0.05圖 3.4 給出了當(dāng) J=-0.8、J2=0.8 和 T=0.05，改變外圍的交換作用 J3時(shí)，系統(tǒng)隨外場 h 的變化規(guī)律。圖 3.4（a）給出了系統(tǒng)總平均磁矩隨外場 h 的變化曲線。當(dāng)參數(shù) J3=2.0和 2.8 時(shí)，系統(tǒng)的磁矩曲線產(chǎn)生了三個(gè)階梯，所對(duì)應(yīng)的磁矩都是 Ms=1.5、M=0.3 和M=-0.3。在 J3=2.0 時(shí)，系統(tǒng)的臨界磁場和飽和磁場為分別是 hc=4.8 和 hs=5.2。當(dāng) J3=2.8時(shí)，系統(tǒng)的臨界磁場和飽和磁場分別是 hc=4.8 和 hs=7.1。當(dāng) J3從 2.0 增加到 2.8 時(shí)，磁性階梯的磁場寬度變大。在圖 3.4（b）中給出了子格磁矩隨磁場變化的函數(shù)。數(shù)值結(jié)果表明，子格磁矩曲線（M1, M2, M3, M6, M7, M8）出現(xiàn)了兩個(gè)階梯，所對(duì)應(yīng)的磁矩分別為 3/2 和-3/2。曲線從-3/2 到 3/2 歲對(duì)應(yīng)的外磁場是系統(tǒng)的臨界磁場和飽和磁場。然而，子格磁矩 M4和 M5始終保持不變，即 M4=M5=3/2。

【參考文獻(xiàn)】

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