有機金屬三明治團簇的結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)的理論研究.pdf

1、低維納米材料由于具有大的體表比和量子尺寸效應(yīng)，展現(xiàn)了豐富的隨尺寸變化的物理化學(xué)性質(zhì)。這些特征使得其在光電子器件、磁存儲材料及高效催化劑等領(lǐng)域展現(xiàn)了誘人的應(yīng)用前景，得到了科學(xué)工作者們的廣泛關(guān)注。本論文基于自旋密度泛函理論研究了各種有機過渡金屬三明治團簇以及它們的一維無限長納米線，探索這類化合物的生長機制和鍵合規(guī)則，研究其穩(wěn)定性和電磁性質(zhì)的物理根源，以及自旋輸運性質(zhì)和負微分電阻效應(yīng)等。主要包括以下幾個方面:
　　 研究了[Np2V2

2、TM2]∞(TM=Ti，Cr，Mn，F(xiàn)e，Np=C10H8，naphthalene)的結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)。我們考慮了金屬原子的各種不同排列方式:isomer-Ⅰ:兩個V原子和兩個TM原子分別在同一列;isomer-Ⅱ:兩個V原子和兩個TM原子分別在同一行;isomer-Ⅲ:兩個V原子和兩個TM原子分別交替的在同一行和同一列。發(fā)現(xiàn)除了[Np2V2Mn2]∞(isomer-Ⅱ，Ⅲ)和[Np2V2Fe2]∞(isomer-Ⅲ)這三種結(jié)構(gòu)以外，其他

3、所有的結(jié)構(gòu)都是穩(wěn)定的。此外，通過改變團簇的化學(xué)成分和幾何結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)可以對[Np2V2TM2]∞的電性質(zhì)和磁性質(zhì)進行有效的調(diào)節(jié)。如在[Np2V4]∞中摻入Ti原子形成[Np2V2Ti2]∞(isomer-Ⅰ，Ⅲ)，使得[Np2V4]∞的AFM基態(tài)更加穩(wěn)定，而摻入其他的金屬原子(Cr, Mn，F(xiàn)e)，使其成為了鐵磁(FM)材料。另外，除了[Np2V2Ti2]∞(isomer-Ⅰ，Ⅲ)表現(xiàn)為反鐵磁基態(tài)外，其他的結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)為鐵磁基態(tài)。更有意思的

4、是，通過對能帶的研究，我們發(fā)現(xiàn)[Np2V2Cr2]∞(isomer-Ⅱ，Ⅲ)，[Np2V2Mn2]∞(isomer-Ⅰ)，[Np2V2Fe2]∞(isomer-Ⅰ)是鐵磁半金屬材料:即一種自旋取向的能帶結(jié)構(gòu)具有金屬性質(zhì)，另外一種自旋取向的能帶具有半導(dǎo)體或者絕緣體的性質(zhì)，此外，[Np2V2Cr2]∞(isomer-Ⅰ)是鐵磁準半金屬材料。
　　 研究了TM-COT(TM: Ti，Zr, Hf; cyclooctatetraene，

5、COT,為環(huán)辛四烯)層狀結(jié)構(gòu)(TMnCOTn+1，n=1～3)的幾何結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，這些團簇的HOMO-LUMO能隙呈現(xiàn)奇偶交替變化的趨勢，其中，TM2COT3團簇的HOMO-LUMO能隙最大，說明這種尺寸的動力學(xué)穩(wěn)定性最高。此外，TMnCOTn+1的結(jié)合能大于4.284 eV，說明它們的熱力學(xué)穩(wěn)定性很高，其中TMCOT2團簇的結(jié)合能最大。除了TiCOT的磁矩為2μB以外，其他所有團簇的磁矩均為0μB，尤為重要的是，它們的自旋