《矽基磁性團簇的設計及其組裝結構的研究》是依託大連理工大學,由黃曉明擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：矽基磁性團簇的設計及其組裝結構的研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃曉明
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
過渡金屬元素摻雜到矽團簇中，既可提高團簇穩定性又可形成具有獨特磁性的矽基合金團簇，可以作為自旋電子學器件以及超高密度存儲磁材料的基本構建單元。同時，在磁性團簇的基礎上設計團簇組裝材料，研究其穩定性及磁性的變化，可以進一步為團簇的實際套用提供理論指導。因此，從原子分子水平上加深對矽基合金團簇結構和磁性的研究具有非常重要的意義。我們將採用基於第一性原理的遺傳算法全局最佳化方案搜尋矽基摻雜團簇的穩定結構，分析團簇的鍵合方式和生長模式；探討團簇的電子性質與磁性隨尺寸、組分的演化規律，尋找具有特異磁性的合金團簇作為新型納米磁性材料；研究團簇自組裝結構，搭建一維納米線和二維納米平面，設計基於合金團簇的組裝材料。通過系統研究，加深對矽基合金團簇磁性規律的認識，也為其他磁性半導體納米材料的理論設計與技術套用提供參考。
結題摘要
納米材料的發展日新月異，零維的團簇結構是納米材料的基本構成單元。團簇結構的靈活可變性，導致了納米材料的性質各異。本項目重點研究了不同鍵合特徵的團簇結構，從純矽團簇擴展到純鍺團簇、純錫團簇、純磷團簇，從基本結構演變模式出發，使用遺傳算法與第一性原理相結合的方法，並不斷改進遺傳算法，確定了不同單質團簇的結構。我們對於小尺寸矽團簇的結構可以重複前人工作，對於Si23團簇，找到了能量更低的結構。對於大尺寸矽團簇，在國際上首次給出了170個原子的純矽團簇的原子結構圖。在此基礎上研究了複雜鍵合作用的混合團簇，包括Cr-Si，Ti-Si合金團簇、B-Si混合團簇以及水合氫離子團簇和水合負離子、水合鈉離子團簇，發現了B3Si9-具有超原子性質。我們通過遺傳算法的全局搜尋，模擬的電子性質與實驗對比，成功給出了多種鍵合類型的不同尺寸的團簇基態結構和生長演化模式，能夠合理指導實驗。在磁性團簇設計方面，設計了具有較大磁矩的Fe-Ge混合團簇以及具有優良磁各向異性能的金屬茂合物等。Fe-Ge混合團簇的總磁矩高達6 μB，HfCp2 和 WCp2磁各向異性能高達10 meV，Ta2Cp3的磁各向異性能超過 60 meV。在二維材料方面，研究了石墨烯的物理性質。通過彎曲的研究，給出了石墨烯彎曲角與透光度的關係。通過氫化覆蓋的方法，調控了ψ型石墨烯的帶隙。通過氧化官能團的比率調控，研究了氧化石墨烯的柔性。本項目的研究結果均以論文形式發表，共發表SCI論文十餘篇，項目負責人作為第一或者通訊作者的論文5篇（含已接收論文）。項目執行期間，項目負責人獲得遼寧省自然科學學術成果獎論文類三等獎，大連市自然科學優秀學術論文一等獎。項目負責人應邀參加亞洲計算材料科學聯盟第十屆國際會議，並做報告。
