本文關(guān)鍵詞：鈷鎢納米合金團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電磁性質(zhì)研究

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【摘要】：納米磁性合金團(tuán)簇以其優(yōu)異的電磁學(xué)性質(zhì),在高密度存儲(chǔ)、光學(xué)器件開(kāi)發(fā)、磁制冷、以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,一直備受眾多研究者的關(guān)注。特別是,不含稀土或貴金屬元素類(lèi)的硬磁合金—鈷鎢合金,其不但具有優(yōu)質(zhì)的磁學(xué)性能,而且不受有限資源的限制,具有巨大的研發(fā)和利用潛力。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),鈷鎢合金處于納米級(jí)別時(shí)表現(xiàn)出很高的磁飽和強(qiáng)度、各向異性能和較大的矯頑力、以及很好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良特性,具有作為磁性納米材料在極端條件下使用的潛力。為深入理解鈷鎢納米合金的生長(zhǎng)機(jī)理與磁作用機(jī)制,進(jìn)而提升它們的電磁性能,加快在磁性領(lǐng)域的應(yīng)用,迫切需要掌握其幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)、物理化學(xué)穩(wěn)定性和磁性質(zhì)。本文根據(jù)塊體合金元素的比例成份,設(shè)計(jì)了系列球形的??39nWCo(n=1,4,12)納米團(tuán)簇,并利用密度泛函理論(DFT)框架下的廣義梯度近似方法(GGA)與PW91交換關(guān)聯(lián)勢(shì),研究了納米團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電磁性質(zhì),具體內(nèi)容如下:1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性研究基于Co3W塊體的結(jié)構(gòu)構(gòu)型,根據(jù)納米體系的半徑長(zhǎng)度和元素的化學(xué)計(jì)量比,依次切割出了12、48、144原子的球形納米團(tuán)簇,該類(lèi)納米結(jié)構(gòu)體系中保留有部分短程有序性(SRO)。進(jìn)一步的DFT理論優(yōu)化計(jì)算表明,隨著團(tuán)簇尺寸的逐漸增加,納米球的表面鍵長(zhǎng)逐漸遲豫增加,理論鍵長(zhǎng)值與實(shí)驗(yàn)符合較好,納米球的穩(wěn)定性逐漸增大,束縛能有外延至塊體結(jié)合能的趨勢(shì)。分析差分密度電荷、HOMO和LUMO圖像,發(fā)現(xiàn)電荷集中在Co原子附近;Bader電荷布局分析顯示,W原子電子數(shù)目減少,Co原子電子數(shù)目增多,表明了W原子的電子轉(zhuǎn)移到Co原子,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。2)電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)與磁學(xué)性質(zhì)研究利用自旋極化和自旋-軌道耦合效應(yīng)的DFT方法,計(jì)算獲得了各個(gè)體系的自旋磁矩、軌道磁矩、各向異性能、以及自旋-軌道耦合效應(yīng)對(duì)體系自旋磁性的影響,掌握了電荷布局?jǐn)?shù)、態(tài)密度DOS(Density Of States)、以及軌道占據(jù)等電子結(jié)構(gòu)信息。結(jié)果發(fā)現(xiàn),Co-3d軌道與W-5d軌道發(fā)生了強(qiáng)烈的雜化,W原子在Co原子自旋劈裂帶的影響下發(fā)生自旋劈裂,使W原子呈現(xiàn)出與Co原子反鐵磁排列的弱小磁矩值,Co具有0.398-1.173μB的自旋磁矩(0.018-0.049μB的軌道磁矩),而W原子具有0.04-0.184μB的自旋磁矩(0.003-0.224μB的軌道磁矩);改變體系的成分比例后計(jì)算發(fā)現(xiàn),Co原子的平均磁矩隨體系中W原子含量的增加(或Co原子含量的減小)而減小,與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)規(guī)律相一致;我們所研究的納米體系,Co3W納米團(tuán)簇具有0.049-0.133meV/atom的各向異性能,其值接近或超過(guò)計(jì)算的塊體值0.0335meV/atom�；趫F(tuán)簇的磁矩、各向異性能、以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,可以推測(cè)小尺寸的Co3W納米顆粒具有優(yōu)異的磁學(xué)性能,具有在磁存儲(chǔ)介質(zhì)中利用的潛力。
【關(guān)鍵詞】：鈷鎢團(tuán)簇 密度泛函理論 電子結(jié)構(gòu) 磁各向異性 電場(chǎng)響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;TG146.16
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 磁性材料簡(jiǎn)介8-11
• 1.1.1 一般磁性材料的分類(lèi)8-9
• 1.1.2 一般磁性材料的應(yīng)用9
• 1.1.3 納米磁性材料的發(fā)展9-11
• 1.2 硬磁性材料11-15
• 1.2.1 硬磁性材料的分類(lèi)11-13
• 1.2.2 硬磁性材料的應(yīng)用13-14
• 1.2.3 合金硬磁材料的發(fā)展及現(xiàn)階段的研究瓶頸14-15
• 1.3 本文研究的意義，目的及內(nèi)容15-18
• 1.3.1 本文研究的意義15-16
• 1.3.2 本文研究的目的16
• 1.3.3 本文研究的內(nèi)容16-18
• 第二章 基礎(chǔ)理論和計(jì)算方法18-29
• 2.1 多粒子體系的量子力學(xué)描述18-19
• 2.2 HARTREE-FOCK近似19-20
• 2.3 密度泛函理論20-25
• 2.3.1 Hobenberg-Kohn定理21
• 2.3.2 Kohn-Sham方程21-23
• 2.3.3 局域密度近似(LDA)和局域自旋密度近似(LSDA)23-24
• 2.3.4 廣義梯度近似 (GGA)24-25
• 2.4 自旋-軌道耦合作用25-26
• 2.5 VASP軟件簡(jiǎn)述26-27
• 2.6 DMOL軟件簡(jiǎn)述27-29
• 第三章 鈷鎢納米合金團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電磁性質(zhì)研究29-50
• 3.1 引言29-31
• 3.2 計(jì)算方法31-33
• 3.3 結(jié)果與討論33-49
• 3.3.1 幾何結(jié)構(gòu)33-35
• 3.3.2 電子結(jié)構(gòu)35-39
• 3.3.3 磁性分析39-49
• 3.4 結(jié)論49-50
• 第四章 總結(jié)與展望50-53
• 參考文獻(xiàn)53-60
• 致謝60-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間的工作情況61

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