具有大磁各向異性能的合金團簇的計算設計

《具有大磁各向異性能的合金團簇的計算設計》是依託大連理工大學,由趙紀軍擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：具有大磁各向異性能的合金團簇的計算設計
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙紀軍

項目摘要

磁各向異性能（MAE）定義為磁性顆粒的磁矩沿著不同磁化方向之間的能量差，它保證了顆粒記錄的磁信息在環境溫度下不丟失，是磁信息存儲小型化的關鍵物理參數。現有的研究表明：過渡金屬團簇通常具有遠高於固體的單原子MAE值，在高密度磁存儲領域有誘人的套用前景。改變團簇的尺寸、構型、化學成分，利用團簇-襯底相互作用都是調控團簇磁各向異性能的有效手段。然而，現有的研究主要限於單質團簇或雙金屬團簇，化學成分和尺寸範圍均非常有限；二維襯底的選取也集中在完美或含空位缺陷的石墨烯。申請人基於在團簇和二維材料領域的工作基礎，提出對較寬成分和尺寸範圍的合金團簇開展第一性原理高通量計算搜尋，篩選具有較大MAE的團簇；嘗試石墨烯、石墨烯衍生物和有機二維材料襯底，通過團簇-襯底相互作用穩定團簇、增強磁各向異性。最終設計出具有強磁各向異性的自由和支撐合金團簇體系，為高密度永磁存儲材料和自旋電子學器件提供理想的構造單元。

結題摘要

磁各向異性能（MAE）定義為磁性顆粒的磁矩沿著不同磁化方向之間的能量差，它保證了顆粒記錄的磁信息在環境溫度下不丟失，是磁信息存儲小型化的關鍵物理參數。本項目面向磁存儲材料和自旋電子學器件持續小型化的發展需求，通過自主發展的“第一性原理+遺傳算法”CGA程式開展計算搜尋，探索調控團簇磁性的內在規律，設計具有強磁各向異性的自由或支撐合金團簇，以及二維金屬有機骨架，取得的主要研究進展包括：系統研究了小尺寸Ir團簇的MAE的尺寸演化規律；進一步通過鹵素原子調控提升Ir2團簇的MAE，其中Ir2Br的MAE高達294 meV，是目前文獻報導幾乎最高的理論值；研究了環戊二烯基(Cp)內夾5d過渡金屬原子形成的一系列5d金屬茂合物分子，在Ta2Cp3中獲得了超過60 meV的MAE；系統研究了各類二維金屬有機骨架的MAE，包括5d過渡金屬修飾二維肽箐骨架、化學功能化5d金屬修飾二維卟啉骨架、二維金屬有機Kagome晶格、（應變下）開殼層5d過渡金屬原子與苯三甲腈構成的二維有機金屬骨架，金屬原子的最高MAE達到120 meV。研究成果被Nature Research微博等科技媒體進行了新聞報導。通過本項目的研究，在微觀上加深對金屬原子/團簇磁各向異性能調控機制的認識，為低維永磁存儲材料和自旋電子學器件設計，提供前瞻性的理論指導。項目研究團隊在Progress in Materials Science，Science Advances（2篇），ACS nano（2篇），Materials Horizons，Advanced Science，Journal of Physical Chemistry Letters（3篇），Nanoscale Horizons（3篇），Applied Physics Letters等本領域重要期刊上發表49篇SCI論文，被引用531次；項目負責人做國際會議邀請報告12次。項目組獲教育部自然科學二等獎、遼寧省自然科學二等獎。項目負責人入選長江學者特聘教授、萬人計畫領軍人才，獲國務院政府特殊津貼；骨幹成員1人入選人社部高層次留學回國人才。項目組培養了13名研究生獲博士學位，其中2人獲遼寧省優博士論文獎，3人獲校優博士論文。