Co-,n-x-Mn-,x-(n=0-9，x=0-9)團簇的結構演化和電磁性質(zhì)研究.pdf

1、二元合金團簇尤其是含有磁性元素的合金團簇已成為材料科學研究領域的熱門課題之一。一方面因為它與單一元素團簇相比，多了一個組分自由度而具有可調(diào)的光學、催化、磁學和元器件組裝性質(zhì)。另一方面是因為在磁性元素團簇中摻雜非磁性元素，將會誘導非磁性元素產(chǎn)生磁性，從而構成許多單一金屬元素團簇所沒有的獨特性質(zhì)。因此，人們對這類合金團簇的研究不僅有助于深入理解納米材料的各種奇異性質(zhì)，更具有廣泛的實際應用前景。
　　 最近，在Co基底上摻雜Mn所構成

2、的材料被研究的較多。由于Co是典型的鐵磁體，Mn在3d過渡金屬中具有最大的磁矩，因此低維的CoMn合金材料在磁光記錄和高密度磁存儲領域具有廣泛的應用。對于CoMn團簇，實驗發(fā)現(xiàn)，其磁性隨著摻雜組分Mn的增多而增強，且不依賴于團簇的尺寸和組分，這與塊體CoMn的磁性隨摻雜Mn原子濃度的增大而減小的規(guī)律恰恰相反。理論方面，針對該團簇的研究要么是僅限于小于5原子的小尺寸；要么是單個Mn原子摻雜的情況；或者是在二十面體構型的Co團簇基底上進行摻

3、雜，實際上Co團簇并沒有采用二十面體的結構演化方式。因此，為了更好的解釋已有的實驗結果，對CoMn團簇的結構演化和磁性進行較系統(tǒng)的研究是有價值的。
　　 本文采用密度泛函理論下的廣義梯度近似計算了Con-xMnx(n=0-9，x=0-9)團簇各尺寸下的幾何構型及磁矩，分析了Mn原子摻雜對CoMn團簇結構及磁性的影響及其原因。首先介紹了研究背景，然后對第一性原理方法的基本原理和最新進展進行了概括性的論述，最后構建Con-xMnx(

4、n=0-9，x=0-9)團簇各組分下的各種可能構型及取代位置，在密度泛函理論(DFT)框架下，對摻雜團簇進行幾何結構優(yōu)化，并對其電子結構、磁學性質(zhì)及其與幾何結構、組分間的關系進行計算并分析。結果表明，Co和Mn原子在團簇結構中趨于分散分布以增強團簇的穩(wěn)定性，它們的局域磁矩受團簇尺寸、局域結構和摻雜濃度等因素的影響不大，而原子間的磁序卻與這些因素有明顯的依賴關系。CoMn團簇在Mn濃度較低時主要表現(xiàn)為鐵磁性特征，Mn原子的摻雜僅帶來團簇約