鋱及其氧化物團簇的結構及磁學性質的理論研究.pdf

1、稀土及其氧化物團簇以其奇異的電學、光學和磁學性質吸引著眾多研究者的目光。鋱原子具有可比擬的軌道與自旋磁矩，研究鋱及其氧化物團簇，能夠深入理解這種稀土材料的生長和磁學機制，并獲取軌道磁矩淬滅的稀土及其氧化物團簇所不具有的新奇結構、電學及磁學特性，有利于生產(chǎn)新型的電學和磁性納米材料，提高其在電子，催化，磁性材料等領域的應用。本文采用密度泛函理論(DFT)下的廣義梯度近似方法(GGA-PW91)以及局域密度近似方法(LDA-PWC)，系統(tǒng)地研

2、究了鋱及其氧化物團簇的結構演化和電磁性質。具體內容如下:
　　(1)通過局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)的密度泛函理論研究，我們系統(tǒng)地研究了Tbn(n=2-20，22，33)團簇的幾何結構，電子及磁學性質。結果發(fā)現(xiàn)，LDA和GGA都能有效地預測鋱團簇的幾何結構，電子及磁學性質。實驗上觀察Tbn(n=2-20，22，33)團簇不規(guī)則的磁矩是由于Tb原子間的鐵磁和反鐵磁序排列造成。Tb原子具有5.1-5.7uB的局域磁矩

3、，被團簇的尺寸，幾何結構及自旋磁矩影響。幾何結構演化分析表明在尺寸為9-12的團簇中正方形反凌錐與二十面體構型之間存在很強的競爭，而尺寸為13-20，22，33的幾何結構是二十面體的構型。尺寸為4，7，10，13和19的團簇比其近鄰的結構更加穩(wěn)定，這與早期質量光譜觀察一致。同時，HUMO-LUMO能隙，電離勢，親和勢和電偶極矩也被計算。更重要的是，磁矩和電偶極矩隨團簇尺寸的演化與實驗值一致。
　　(2)為了探討單個氧原子對小尺寸鋱

4、團簇在幾何結構、電磁性質方面的影響，我們采用量子力學第一性原理LDA-PWC對TbnO(n=2-14)團簇進行了模擬計算。研究發(fā)現(xiàn)氧原子不改變鋱團簇的結構骨架，傾向于吸附在Tbn結構的三角面上，并且顯著地提高該結構的穩(wěn)定性。TbnO團簇的近紅外(IR)振動光譜不同于其相應的裸團簇，有利于檢測TbnO團簇結構的特性。氧原子的摻雜主要改變鋱原子之間的磁序，誘導與氧原子連接鋱原子更小的局域磁矩，這兩者是解釋實驗磁演化振蕩行為的關鍵因素。計算磁