過渡金屬及其合金團簇的穩定性和磁性研究

《過渡金屬及其合金團簇的穩定性和磁性研究》是依託西南大學，由袁宏寬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：過渡金屬及其合金團簇的穩定性和磁性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：袁宏寬
• 依託單位：西南大學

項目摘要

結合近期的實驗和理論工作，利用第一性原理方法研究過渡金屬及其合金團簇的穩定性和磁性，分析它們的性能―結構關係，解釋現有實驗現象並揭示其物理內涵，為將來的實驗提供有價值的信息。研究自旋非共線性和自旋-軌道作用對過渡金屬團簇磁性的影響（特別是Sc、Y及相關合金團簇），期望能合理減小理論與實驗之間存在的磁性偏差；研究磁各向異性和軌道磁矩在3d、4d過渡金屬小團簇（n≤7）中的表現，分析它們與元素周期和團簇結構之間的依賴關係；考察電子殼層規則在解釋簡單金屬合金團簇穩定性方面的普適性；研究CoMn團簇磁性隨摻雜濃度和尺寸的變化規律,解釋近期的實驗觀測並拓展探討不同摻雜成份對Co團簇磁性的影響，檢驗斯萊特-泡利曲線在合金團簇中的適用性，預測實驗尚未發現的合金團簇磁性質。

結題摘要

構型與磁性是納米材料研究領域最基本的科學問題，也是高密度存儲、微電子、高效催化劑等高新技術材料開發的基礎，對它們研究有助於理解納米顆粒的形成機理和穩定性規律，對實驗製備和新材料開發都有重要的意義。本項目利用第一性原理計算方法，研究了部分過渡金屬團簇的結構演化和電磁性質，揭示了它們性能—結構關係以及磁性來源機理，重點探索了自旋非共線性以及自旋-軌道耦合效應對團簇電磁性能的影響，發現了一些新現象和新規律，為設計具有特殊結構和性能的納米結構材料提供了前期的理論指導。本項目已基本完成了立項的任務和工作要求，達到了預期的目標。項目主要結論如下：(1)自旋非共線性和自旋-軌道耦合對過渡金屬團簇的結構穩定性和電子性質影響較弱，並不能改變團簇的基態結構; (2)自旋非共線性效應除在Mn團簇和Cr團簇中有表現外，在其餘過渡金屬團簇中存在的可能性很小；(3) 在小尺寸的過渡金屬團簇中，除Ru、Rh、Pd、Pt元素團簇的軌道磁矩隨尺寸的增加而逐漸“淬滅”外，其餘元素的軌道磁矩在二聚物尺寸都基本完全“淬滅”；(4) 團簇的自旋總磁矩和軌道總磁矩通常保持為嚴格的共線性特徵（即：反鐵磁性耦合或鐵磁性耦合），自旋與軌道表現反鐵磁性耦合（或鐵磁性）耦合主要依賴於團簇原子的電子數是否少於(或超於)半滿，這與著名的Hund第三規則相似；(5) 證實了Gd13團簇的基態為亞鐵磁的正二十面體結構，很好地解釋了已有實驗測量，獲得了CoMn團簇以及AuPt團簇的結構生長模式與電磁性質；(6) 發現耦合的(Ag, Au, Cu)貴金屬團簇的光吸收譜強度強烈地依賴於體系偶極矩的大小，模擬得到的吸收譜很好地解釋了拉曼實驗測量；發現Bi團簇的偶極矩和極化率隨尺寸的演化表現出強烈的奇偶震盪行為，且敏感地依賴Bi團簇的幾何結構和電子結構。