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.pdf

1、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

2、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(Co9W3)n(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)

3、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

4、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

5、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0.049-0.133