磁性材料的塊體、表面及界面物性的第一性原理研究.pdf

1、近年來,分子磁性材料的設(shè)計和合成已經(jīng)成為當(dāng)今物理學(xué)界和化學(xué)界的熱門前沿課題之一。有機(jī)分子磁性材料具有密度小、重量輕、不易氧化、易于加工成型等特性。在超高頻裝置、高密度存儲材料、微電子工業(yè)和宇航等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而對磁性材料的理論研究還很不完善,有許多理論問題需要解決,對于磁性分子的設(shè)計尚缺乏理論指導(dǎo)。因此,隨著實驗上磁性材料制備的快速發(fā)展,理論上進(jìn)一步分析研究磁性的微觀機(jī)理也就成為亟待解決的問題。
　　同時,磁性材料表面

2、與界面的研究、開發(fā)與應(yīng)用也是當(dāng)今材料研究領(lǐng)域的熱點之一,它與許多學(xué)科有著緊密的聯(lián)系,關(guān)系到當(dāng)代科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)進(jìn)步和社會生活的諸多方面。從應(yīng)用角度看,由于自旋極化的磁性材料表面和界面具有不同于塊材的獨特性質(zhì),使其在自旋電子器件和磁性存儲器件方面具有廣泛的應(yīng)用前景。因此迫切需要從理論上對磁性材料的表面和界面電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的探討。
　　本論文采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理(First-principles method)方

3、法,對電子能帶的計算采用全電勢線性綴加平面波(FPLAPW)方法,結(jié)合運用Wien2k軟件和Castep模擬程序,分別研究了Cr[(H3N-(CH2)2-PO3)(Cl)(H2O)],Fe[CH3PO3]·H2O,[Mn(bipy)(N3)2],C7H3S2N2等有機(jī)分子磁體塊體的電子結(jié)構(gòu),對其能帶、態(tài)密度、原子磁矩、自旋極化等性質(zhì)進(jìn)行了理論計算,揭示了磁性的微觀作用機(jī)制和產(chǎn)生機(jī)理,在驗證實驗結(jié)果的同時指導(dǎo)實驗。
　　在對上述分子

4、磁體理論研究的基礎(chǔ)上,又進(jìn)一步研究了一些典型的無機(jī)磁性材料FeO(111)、Fe3O4(110)的表面和Au(100)/Fe3O4(100)界面的結(jié)構(gòu)(馳豫,重構(gòu)等)、穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、磁性等一系列相關(guān)物性的變化,揭示其不同于塊材的獨特性質(zhì),從理論上有力的論證了其可能物性的存在,對生產(chǎn)實踐具有一定的指導(dǎo)意義。
　　在密度泛函理論中,交換關(guān)聯(lián)能的近似通常采用的是局域自旋密度近似(LSDA)或廣義梯度近似(GGA)。它們已經(jīng)被證明在很多

5、情況下是非常有效的。已經(jīng)成功的將其應(yīng)用于Cr[(H3N-(CH2)2-PO3)(Cl)(H2O)]等分子磁體的理論計算。但是對于一些強關(guān)聯(lián)體系,比如含有3d或4f電子的過渡金屬或者稀土金屬原子的體系,基于密度泛函理論和局域密度近似(或廣義梯度近似)的能帶計算卻碰到了一些困難。這是由于在局域密度近似(或廣義梯度近似)中,3d或4f能帶里的電子的關(guān)聯(lián)效應(yīng)是以平均場的方式被考慮的,要比實際的情形小一個數(shù)量級。為了克服這個困難,近年來人們提出了