论文部分内容阅读
二元过渡金属合金团簇由于通过改变化学构成和尺寸大小能够调控其化学物理性质，得到具有特殊功能的异质纳米材料，在磁性存储、催化、光学和医学等领域有广泛的应用前景，因而对其电子结构与磁性质的研究已成为团簇物理学领域的一个热门课题。近几年，越来越多的理论和实验研究对二元过渡金属团簇进行了深入的探究，但是对如何选择掺杂元素的种类、组成、原子排列方式和尺寸大小，以获得新的电磁性质，仍然是其应用研究的一个关键问题。为了深入了解二元过渡金属合金团簇的性质，提高新纳米材料的功能化设计，本文选择了Mn5团簇和Rhn团簇作为参照，掺入其他过渡金属元素，通过密度泛函理论方法对Mn4TM (TM=3d，4d)和RhnMn (n=1-12)团簇的几何、电子结构与磁性质进行了系统的研究，主要讨论掺杂后团簇的结构和磁性质之间的关联，以及产生不同磁学行为的原因。本论文的主要研究内容及结论如下：1. Mn4TM (TM=3d,4d)合金团簇的结构、稳定性和磁性基于密度泛函理论(DFT)对Mn4TM (TM=3d，4d)合金团簇的稳定结构、稳定性、电子和磁性质进行了系统的研究。研究结果发现，除Mn4Tc团簇为Cs对称性的四棱锥外，Mn4TM团簇的最稳定结构均为扭曲的三角双锥结构，掺杂原子可看作替代了Mn5团簇基态结构中一个Mn原子的位置。与Mn5团簇相比，除Mn4Ag团簇外，合金团簇均拥有较大的平均结合能，表明过渡金属原子的掺入增大了主团簇的稳定性。除Mn4Tc团簇外，合金团簇的总磁矩与Mn5团簇相比呈现不同程度的增加。Mn4Ni和Mn4Pd团簇拥有最大的20μB的铁磁性磁矩，意味着其可能是高密度磁存储材料的理想构筑基元。另外，Mn4TM合金团簇磁性的变化起源在文中也进行了详细的分析。2. RhnMn (n=1-12)团簇的结构、稳定性和磁性研究基于密度泛函理论对RhnMn (n=1-12)团簇的几何、电子结构，稳定性和磁性质进行了系统的研究。研究发现，除了n=7，9，12时团簇的结构发生重组外，其他RhnMn团簇的最稳定结构与纯Rh团簇的结构相似，Mn原子可视为取代了Rh团簇上的一个Rh原子，且所有RhnMn合金团簇的对称性有明显降低。与Rhn+1团簇相比，RhnMn团簇的结合能有所降低，表明Mn原子的掺入降低了团簇的稳定性；同时，分裂能和二阶差分能曲线在n=3，5，8和11时出现局域最大值，表明这些团簇较其近邻团簇稳定性增强。与纯Rhn+1团簇相比，除n=9，10，11时合金团簇的磁矩与纯Rh团簇相比保持不变外，其余RhnMn团簇的总磁矩均呈现不同程度的增加，这种磁性的变化起源在文中也通过平均键长、铁磁性耦合和态密度分析进行了详细的阐释。