納米結(jié)構(gòu)材料的第一性原理計(jì)算研究.pdf

1、納米材料一般是由至少一個(gè)維度尺寸在1-100nm范圍內(nèi)基本單元組成的一類材料，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)明顯區(qū)別于塊體材料。本論文中利用第一性原理研究了空位缺陷和N摻雜對(duì)單壁TiO2納米管的結(jié)構(gòu)和磁性的影響。碳納米錐由于奇特的形狀和電子結(jié)構(gòu)，很可能可以作為掃描隧道顯微鏡的探針。本論文中我們利用第一性原理研究了碳納米錐的吸附性質(zhì)。另外，本論文還研究了鈣鈦礦錳氧化物的巨磁阻抗效應(yīng)并做了理論模擬。鈣鈦礦錳氧化物L(fēng)a1-xAxMnO3(A=Ca，Ba，Sr,

2、Pb)近年來因?yàn)榫薮抛栊?yīng)(CMR)受到越來越多的關(guān)注。但是CMR效應(yīng)需要很大的外加磁場(chǎng)。而La1-xAxMnO3基錳氧化物能在很低的外加磁場(chǎng)下在射頻(MHz)范圍表現(xiàn)出巨磁阻抗效應(yīng)(GMI)。所以我們研究了燒結(jié)La0.7Sr0.3MnO3陶瓷的巨磁阻抗效應(yīng)。
　　 本論文得到的結(jié)論如下:
　　 1.濃度為2.78％的V0Ti都會(huì)使金紅石和銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2納米管表現(xiàn)出局域磁性，磁矩大小約為4μB。部分位置的O空位可以

3、引起銳鈦礦結(jié)構(gòu)納米管的局域磁性(V0O1(a)和V0O3(a))，但是V0O2(a)卻只能引起臨近Ti原子的極化，不能引起磁矩。原因是O空位的兩個(gè)緊鄰Ti的極化相互抵消。金紅石結(jié)構(gòu)的TiO2納米管的O空位都不能引起體系的局域磁矩。可能的情況是，兩個(gè)間隔的鈦通過空位發(fā)生了耦合。并且對(duì)于這些位置，帶一個(gè)正電荷的氧空位（V1+O）能引起體系的局域磁性，大小約為1μB，帶兩個(gè)正電荷的空位V2+O，不能引起體系的極化。
　　 2.對(duì)于金紅

4、石和銳鈦礦結(jié)構(gòu)納米管，每種位置的O被N原子替代后，體系都產(chǎn)生局域磁矩。N元素的電子構(gòu)型是s2p5，表現(xiàn)為N2-。當(dāng)兩個(gè)位置的O被N替代后，兩個(gè)N原子都為鐵磁耦合。并且隨著距離的增加，N原子之間的耦合性交小。這也和我們的經(jīng)驗(yàn)相符。并且隨著N原子之間距離的增加，N原子鐵磁耦合和反鐵磁耦合的能量差變小。所以合理的N摻雜濃度能使納米管中摻雜的N原子呈現(xiàn)鐵磁耦合，進(jìn)而使體系呈現(xiàn)鐵磁性。
　　 3.對(duì)于錐角為39°，60°，85°和113°

5、的納米錐，我們發(fā)現(xiàn)39°和60°納米錐具有較窄的帶隙，并且在費(fèi)米面以上有很大密度的態(tài)存在，本文重點(diǎn)研究了錐角為60°的納米錐的吸附性質(zhì)。碳納米錐吸附過渡金屬后，體系的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯的變化，但是其帶隙消失。除了Ni之外，吸附其他金屬讓體系帶有了大小不等的磁矩，磁矩主要分布在吸附原子上。
　　 4.燒結(jié)La0.7Sr0.3MnO3陶瓷樣品表現(xiàn)出巨磁阻抗效應(yīng)。我們還做了基于電動(dòng)力學(xué)模型和磁疇模型的模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明巨磁阻抗效應(yīng)主