一维金属碳硼烷夹心纳米线的理论研究

发布时间：2018-01-29 03:27

  本文关键词： 密度泛函理论 碳硼烷 夹心纳米线 半金属 调制　出处：《重庆大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：有机金属夹心纳米线由金属元素和有机芳香环交错形成。实验和理论研究均发现该类纳米线具有丰富的电磁性质,在电子和自旋电子学器件等方面具有广阔的应用前景。本论文运用密度泛函理论,系统地研究了基于碳硼烷的新型一维金属夹心纳米线((Mt C2B10H12)∞,(Mt C4B8H12)∞)结构和(VCp)∞的电磁性质,总结规律并提出了基于电荷转移的铁磁半金属理论模型。该模型能够解释并预测目前大部分的半金属夹心金属纳米线,并从基础角度解释了电荷转移的离子作用以及磁交换之间相互关系,为越来越重要的共价-离子复合作用体系的理论研究奠定良好的方法基础。本论文主要包括以下几个内容:首先对(Mt C2B10H12)∞(Mt=Sc,Ti,V,Fe,Co,Al,Ru,Co Ru)进行了理论研究。该纳米线结构对称性较低,首先确认了扭转角对纳米线稳定性和性质的影响。计算显示扭转角对结构稳定性和带隙影响不大。该结构稳定性较高,远大于有机夹心纳米线。金属原子种类对(Mt C2B10H12)∞的电磁性质具有决定性的影响。其中,(Sc C2B10H12)∞具有铁磁性半导体特性,并具有0.289 e V的间接带隙,1.0μB的磁矩值。考虑碳硼烷的活性位,对(Sc C2B10H12)∞的活性碳位和硼位进行了化学修饰,研究发现碳位修饰氨基和甲基等给电子基团能明显减小带隙,吸电子基团以及硼位修饰正好相反。其次研究了Mt TCDC(Mt=V,Cr,Mn,Co,Ni.TCDC=C4B8H12)纳米线体系,该体系均保持D2d对称性。在Co TCDC纳米线中,其结合能达到9.3 e V/Co,与实验上发现的类似金属碳硼烷结合能相吻合。该体系具有半金属性,并且相应半导体带隙达到2.5 e V,明显高于一般有机金属夹心纳米线。因此对Co TCDC进行深入研究并分析了其半金属性质的成因。基于这种分析,结合Mc Connell等人的铁磁性研究,提出新型的电子转移模型,给出纳米线体系具有铁磁半金属性的原因:一是体系对称性高,使得电子给体与受体相互作用强;二是给体电子转移后仍具有单电子存在,保证了体系的铁磁性;三是受体接受电子后仍能保持稳定结构,不会发生变形。该模型对有机芳香环、碳硼烷金属夹心纳米线中铁磁半金属性质的具有一定的预测作用,对半金属体系的设计及合成具有重要的指导意义。最后鉴于新提出的电子转移模型无法对(VCp)∞的半金属性进行解释,对(VCp)∞的半金属性进行深入研究并首次提出在(VCp)∞中,存在直接交换和间接交换两种铁磁耦合方式。通过加电场,加压,引入电子或空穴等方法对该体系进行性质调制发现,对于(VCp)∞,注入一到两个空穴使得体系变成半导体,注入一到两个负电荷能使体系变成金属性,完成了同一纳米线从金属到半金属到半导体性质的改变,实现半金属开关的目的。
[Abstract]:Organometallic sandwich nanowires are interlaced by metal elements and organic aromatic rings. Both experimental and theoretical studies show that these nanowires have abundant electromagnetic properties. It has a broad application prospect in electronics and spin electronics. Density functional theory is used in this paper. The structure and electromagnetic properties of a new one-dimensional metal sandwich nanowire (Mt C2B10H12) 鈭，

本文编号：1472381