【摘要】：二元過渡金屬合金團(tuán)簇由于改變化學(xué)組成和尺寸大小可以調(diào)控其化學(xué)物理性質(zhì),而成為具有潛在特殊功能的異質(zhì)納米材料。因此對(duì)其電子結(jié)構(gòu)與磁性質(zhì)的研究成為團(tuán)簇物理學(xué)領(lǐng)域的熱門課題。然而,如何選擇摻雜元素種類、組成、原子排列方式及團(tuán)簇尺寸大小,進(jìn)而獲得新的電磁性質(zhì),成為二元過渡金屬合金團(tuán)簇應(yīng)用研究的一個(gè)關(guān)鍵問題。并且,通過豐富過渡金屬合金團(tuán)簇的物理化學(xué)性質(zhì)可以使其在高密度磁記錄、催化、光學(xué)和生物醫(yī)療領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。Co基過渡金屬團(tuán)簇由于其獨(dú)特的磁學(xué)性質(zhì)備受科研工作者關(guān)注。而Sn團(tuán)簇特有的扁長型幾何結(jié)構(gòu)同樣引起科研工作者關(guān)注。理論上,3d過渡金屬元素Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni摻雜Sn13團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)、電子組態(tài)及磁學(xué)性質(zhì)已被深入研究。結(jié)果表明,隨著摻雜原子的不同MSn12團(tuán)簇的磁性將在2μB、5μB之間發(fā)生改變,這表明MSn12團(tuán)簇是潛在的新型可調(diào)納米磁性材料。此外,Deshpande研究指出非磁性Sn原子摻雜鐵磁性Ni團(tuán)簇后將導(dǎo)致主團(tuán)簇結(jié)合能增加,磁性降低。目前,未曾見Co-Sn合金團(tuán)簇的相關(guān)研究被報(bào)道。因此,基于第一性原理,本論文選取Sn原子作為異質(zhì)原子對(duì)Co團(tuán)簇進(jìn)行摻雜,探究Sn摻雜如何影響Co團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和磁性,分析團(tuán)簇幾何結(jié)構(gòu)、電子組態(tài)與磁性之間的相互關(guān)聯(lián),并解釋其磁性變化的物理起源。CoAl合金團(tuán)簇的Stern-Gerlach磁偏轉(zhuǎn)分子束實(shí)驗(yàn)研究表明,在CoNAl M(N≤60,M≤N/3)團(tuán)簇這個(gè)尺寸比例范圍內(nèi),每摻雜一個(gè)Al原子磁性降低3.9μB,摻雜Al磁性降低不依賴于團(tuán)簇的成分和大小。然而,Stern-Gerlach磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)對(duì)團(tuán)簇其它性質(zhì)如幾何和電子結(jié)構(gòu)提供了很弱的信息。在我們的知識(shí)體系下,較大比例摻雜Co Al合金團(tuán)簇的磁性理論研究尚未見報(bào),為了進(jìn)一步全面理解CoAl團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和磁性,我們選擇對(duì)較大尺寸、全比例摻雜的Co13-nAln(n=0-13)過渡金屬合金團(tuán)簇進(jìn)行結(jié)構(gòu)演化和磁學(xué)性質(zhì)的研究,通過獲得Co13-nAln合金團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)特征和磁性變化規(guī)律,來更好地闡釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、理解磁性變化的物理機(jī)制。研究獲得的相關(guān)內(nèi)容及結(jié)論獲取歸結(jié)如下:(1)基于密度泛函理論并考慮Sn原子的相對(duì)論效應(yīng),我們對(duì)ConSn(n=1-12)團(tuán)簇的幾何、電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明,ConSn(n=1 5,7,9,10)團(tuán)簇的穩(wěn)定構(gòu)型與相應(yīng)純鈷團(tuán)簇的最穩(wěn)態(tài)相同,而Co6Sn、Co8Sn、Co11Sn和Co12Sn團(tuán)簇的穩(wěn)定構(gòu)型發(fā)生重構(gòu)。在整個(gè)體系中,Sn原子占據(jù)外圍。ConSn團(tuán)簇的二階分裂能顯示出奇偶交替規(guī)律。Sn摻雜致使Co團(tuán)簇的總磁性呈現(xiàn)不同程度的降低,其中,ConSn(n=1-3,5-7)團(tuán)簇的磁性減小3μB,Co4Sn團(tuán)簇磁性減小5μB,ConSn(n=8-12)團(tuán)簇磁性減小1μB。ConSn團(tuán)簇中,除了Co11Sn和Co12Sn以外,Sn原子與Co原子均呈反鐵磁性耦合,并且Sn原子的磁矩非常小(0.048-0.592μB),幾乎不提供磁矩。磁性分析表明ConSn團(tuán)簇平均鍵長的變化、原子之間凈電荷轉(zhuǎn)移和Sn摻雜后Co原子自旋極化的削弱是磁性降低的主要影響因素。(2)基于第一性原理,我們采用VASP軟件并結(jié)合廣義梯度近似及贗勢(shì)平面波基組的方法對(duì)Co13-nAln(n=0-13)體系的幾何結(jié)構(gòu)、電子組態(tài)及磁學(xué)性質(zhì)展開詳細(xì)研究。通過CALYPSO全局結(jié)構(gòu)搜索軟件尋找Co13-nAln團(tuán)簇的最穩(wěn)態(tài)。結(jié)果顯示,Co13團(tuán)簇的最穩(wěn)定構(gòu)型是雙層六方結(jié)構(gòu),完全符合最近提出的雙層六方結(jié)構(gòu)生長模式;Co12Al團(tuán)簇則是頂點(diǎn)被占據(jù)的雙層六方結(jié)構(gòu),Co13-nAln(n=2-6)團(tuán)簇的最穩(wěn)定構(gòu)型是稍微扭曲的二十面體結(jié)構(gòu);當(dāng)n=7-10時(shí),體系仍然趨向于二十面體結(jié)構(gòu)生長模式,到Co2Al11和CoAl12時(shí)幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生重構(gòu),傾向于形成雙層六方結(jié)構(gòu)生長模式;Al13團(tuán)簇又突變?yōu)榻?jīng)典的二十面體結(jié)構(gòu)。在整個(gè)體系中,Co原子傾向于聚合,Al原子傾向于分離。體系的二階差分能表明,Co9Al4和Co7Al6團(tuán)簇較其近鄰團(tuán)簇表現(xiàn)明顯的穩(wěn)定性,源于其二十面體結(jié)構(gòu)的高對(duì)稱性。當(dāng)n=0-8時(shí),體系的總磁矩幾乎在線性下降,且n=1,3,5,8時(shí),團(tuán)簇的總磁矩均比相應(yīng)n-1團(tuán)簇的總磁矩小4μB,這一結(jié)果很好的符合了Yin對(duì)CoNAlM(N≤60,M≤N/3)團(tuán)簇的磁性檢測(cè)結(jié)果;當(dāng)n=8-13時(shí),Co13-nAln團(tuán)簇磁性隨著Al原子數(shù)的增多,總磁性淬滅至1μB。從Al原子向Co原子的凈電荷轉(zhuǎn)移及Al摻雜后Co原子的自旋極化減弱是其磁性降低的主要原因。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O641.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 呂瑾;張江燕;梁瑞瑞;武海順;;Structures,stabilities,and magnetic properties of the Fe_nAu(n=1-12) clusters[J];Chinese Physics B;2016年06期

2 王R，

本文編號(hào)：2228791