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《山东大学》 2012年
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纳米结构材料磁性的第一性原理计算研究

刘华  
【摘要】:纳米材料一般是由至少一个维度尺寸在1-100nm范围内基本单元组成的一类材料,其结构和性质明显区别于块体材料。本论文中利用第一性原理研究了空位缺陷和N掺杂对单壁TiO2纳米管的结构和磁性的影响。碳纳米锥由于奇特的形状和电子结构,很可能可以作为扫描隧道显微镜的探针。本论文中我们利用第一性原理研究了碳纳米锥的吸附性质。另外,本论文还研究了钙钛矿锰氧化物的巨磁阻抗效应并做了理论模拟。钙钛矿锰氧化物La1-xAxMn03(A=Ca,Ba,Sr,Pb)近年来因为巨磁阻效应(CMR)受到越来越多的关注。但是CMR效应需要很大的外加磁场。而La1-xAxMn03基锰氧化物能在很低的外加磁场下在射频(MHz)范围表现出巨磁阻抗效应(GMI)。所以我们研究了烧结Lao.7Sro.3Mn03陶瓷的巨磁阻抗效应。 本论文得到的结论如下: 1.浓度为2.78%的VTi0都会使金红石和锐钛矿结构的TiO2纳米管表现出局域磁性,磁矩大小约为4μB。部分位置的O空位可以引起锐钛矿结构纳米管的局域磁性(VO10](a)和VO30(a)),但是VO202(a)却只能引起临近Ti原子的极化,不能引起磁矩。原因是O空位的两个紧邻Ti的极化相互抵消。金红石结构的Ti02纳米管的O空位都不能引起体系的局域磁矩。可能的情况是,两个间隔的钛通过空位发生了耦合。并且对于这些位置,带一个正电荷的氧空位(VO1+)能引起体系的局域磁性,大小约为1pB,带两个正电荷的空位VO2+,不能引起体系的极化。 2.对于金红石和锐钛矿结构纳米管,每种位置的O被N原子替代后,体系都产生局域磁矩。N元素的电子构型是s2p5,表现为N2-。当两个位置的O被N替代后,两个N原子都为铁磁耦合。并且随着距离的增加,N原子之间的耦合性变小。这也和我们的经验相符。并且随着N原子之间距离的增加,N原子铁磁耦合和反铁磁耦合的能量差变小。所以合理的N掺杂浓度能使纳米管中掺杂的N原子呈现铁磁耦合,进而使体系呈现铁磁性。 3.对于锥角为39°,60°,85°和113°的纳米锥,我们发现39°和60°纳米锥具有较窄的带隙,并且在费米面以上有很大密度的态存在,本文重点研究了锥角为60°的纳米锥的吸附性质。碳纳米锥吸附过渡金属后,体系的结构没有发生明显的变化,但是其带隙消失。除了Ni之外,吸附其他金属让体系带有了大小不等的磁矩,磁矩主要分布在吸附原子上。 4.烧结Lao.7Sr0.3Mn03陶瓷样品表现出巨磁阻抗效应。我们还做了基于电动力学模型和磁畴模型的模拟计算。计算结果表明巨磁阻抗效应主要依赖于样品磁导率的改变。外加磁场引起趋肤深度的变化,进而影响样品的巨磁阻抗效应。事实上模拟样品GMI效应时样品的磁导率μ和驰豫频率ωr都需要考虑。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.1

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