硼烯团簇及其纳米带的磁性和热力学性质研究
发布时间：2020-09-08 17:22
最近科技工作者成功地制备了硼烯团簇及其纳米带,并且发现其具有优良的物理和化学性能,是继石墨烯之后又一个新颖的二维材料,在磁学、电子学、生物学、能源科学等诸多领域具有潜在应用价值。研究硼烯团簇磁性及其磁性产生的机制,对完善相关的理论和实验具有重要的意义。本文利用Monte Carlo模拟方法,研究以B_(36)为基本单元的硼烯团簇及其纳米带结构,详细讨论了交换耦合作用和各向异性对系统的阶梯效应、磁矩、磁化率、阻碍温度、内能和比热等磁学性质和热力学性质的影响。论文首先研究了以B_(36)为基本单元形成的硼烯团簇,结果表明:在低温情况下,随着交换作用和各向异性的改变,系统的总平均磁矩曲线随外场的变化出现了多个阶梯现象,这种现象可归因于子格高低自旋态间的翻转;磁矩随着温度的变化出现了两种类型:一是磁矩随温度的升高而降低,二是在低温区磁矩出现一个极大值随后迅速下降;磁化率随温度变化曲线峰值所对应的温度称之为阻碍温度,其随着反铁磁交换作用|J|和铁磁交换作用J_2(J_3)的增加而升高,随着各向异性|D_3|(|D_4|)的增加而降低,因此,可通过干预交换作用、各向异性实现对阻碍温度的调控;内能随着温度的增加而增加至出现拐点,随后缓慢增加;在比热曲线上出现了一个明显的峰,且峰值对应的温度随交换作用|J|(J_2和J_3)的增加而升高,随各向异性|D_1|(|D_4|)的增加而降低。论文研究了B_(36)为基本单元形成的硼烯纳米带,结果表明:在低温条件下,系统的总平均磁矩也会出现阶梯效应,阶梯数随着交换作用|J|(J_3)增加而减少,随着各向异性数值的增加而减小;磁矩除了随温度的升高而降低,也出现了新的曲线类型,即在一定的参数下曲线出现一个极大值;当取不同的各向异性时,体系将出现两个不同的饱和磁矩;交换作用和各向异性对阻碍温度有较大影响;各向异性D_2、D_3和D_4对系统的内能在全温区都有很大的影响;在比热随温度变化曲线上出现一个明显的峰,且峰值对应的温度随各种参数变化而变化。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;O482
【部分图文】：
第 3 章 硼烯团簇的磁化特性和热力学性质目前，科学家经过实验和理论研究发现较为稳定的硼烯团簇是以中空六边形36为基本单元向四周散开。本章主要采用 Monte Carlo 方法模拟研究了以 B36元组成的硼烯团簇的磁性和热力学性质，其中磁性包括阶梯效应、磁矩、磁碍温度，热力学性质包含内能和比热。 硼烯团簇的模型及基本公式本章研究硼烯团簇，其结构如图 3.1 所示由 7 个 B36单元组成。其中基于 3 个成的 B36单元来说，内环和外环的自旋取为 3/2，中间环的取相反自旋-3/2。间属于反铁磁交换耦合作用 J 。沈阳工业大学硕士学位论文
图 3.2 当 J2=0.8, J3=1.2 和 T=0.05 时，（a）总平均磁矩和（b）八个子格磁矩随外场 h 变化规律Fig. 3.2 (a) Total average magnetizations and (b) sublattice magnetization of the eight type versus theexternal magnetic field h for J2=0.8, J3=1.2 and T=0.05图 3.3 给出了当 J=-0.8、J3=1.2 和 T=0.05，改变中间围的交换作用 J2时，系统随外场 h 的变化曲线。图 3.3（a）给出了系统总的平均磁矩 M 随着外场 h 的变化曲线。当 J2=-0.8 时，在外场的变化中系统的磁矩曲线共产生三个磁性阶梯，所对应的总的平均磁矩值分别为 Ms=1.5、M=0.5 和 M=-0.3。此时，系统存在了一个临界磁场 hc=3.6，饱和磁场 hs=4.8。当 J2=-1.8 时，磁矩曲线也产生三个磁性阶梯，但是所对应的总的平均磁矩值分别为 Ms=1.5、M=0.5 和 M=0.3。此时，系统临界磁场 hc=8.05，饱和磁场hs=8.35。当 J2=-2.2 时，系统的磁矩曲线仅仅产生两个磁性阶梯，所对应的总的平均磁矩值分别为 Ms=1.5 和 M=0.5。此时，系统只存在饱和磁场 hs=9.2。从图 3.3（b）可以看出，在 J2=0.8 时子格曲线（M1, M2, M3, M6, M7, M8）在随外场的增加出现了两个阶梯分别是分别为 3/2 和-3/2。当他们从-3/2 翻转到 3/2，所对应的磁场分别临界磁场hc 和饱和磁场 hs。然而，其它子格磁矩始终保持在 M4=M5=3/2。当 J2=-1.8 时，子格
图 3.3 当 J=-0.8、J3=1.2 和 T=0.05 时，（a）总平均磁矩和（b）八个子格磁矩随外场 h 变化规律Fig. 3.3 (a) Total average magnetizations and (b) sublattice magnetization of the eight type versus theexternal magnetic field h for J=-0.8, J3=1.2 and T=0.05图 3.4 给出了当 J=-0.8、J2=0.8 和 T=0.05，改变外围的交换作用 J3时，系统随外场 h 的变化规律。图 3.4（a）给出了系统总平均磁矩随外场 h 的变化曲线。当参数 J3=2.0和 2.8 时，系统的磁矩曲线产生了三个阶梯，所对应的磁矩都是 Ms=1.5、M=0.3 和M=-0.3。在 J3=2.0 时，系统的临界磁场和饱和磁场为分别是 hc=4.8 和 hs=5.2。当 J3=2.8时，系统的临界磁场和饱和磁场分别是 hc=4.8 和 hs=7.1。当 J3从 2.0 增加到 2.8 时，磁性阶梯的磁场宽度变大。在图 3.4（b）中给出了子格磁矩随磁场变化的函数。数值结果表明，子格磁矩曲线（M1, M2, M3, M6, M7, M8）出现了两个阶梯，所对应的磁矩分别为 3/2 和-3/2。曲线从-3/2 到 3/2 岁对应的外磁场是系统的临界磁场和饱和磁场。然而，子格磁矩 M4和 M5始终保持不变，即 M4=M5=3/2。
本文编号：2814433
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;O482
【部分图文】：
第 3 章 硼烯团簇的磁化特性和热力学性质目前，科学家经过实验和理论研究发现较为稳定的硼烯团簇是以中空六边形36为基本单元向四周散开。本章主要采用 Monte Carlo 方法模拟研究了以 B36元组成的硼烯团簇的磁性和热力学性质，其中磁性包括阶梯效应、磁矩、磁碍温度，热力学性质包含内能和比热。 硼烯团簇的模型及基本公式本章研究硼烯团簇，其结构如图 3.1 所示由 7 个 B36单元组成。其中基于 3 个成的 B36单元来说，内环和外环的自旋取为 3/2，中间环的取相反自旋-3/2。间属于反铁磁交换耦合作用 J 。沈阳工业大学硕士学位论文
图 3.2 当 J2=0.8, J3=1.2 和 T=0.05 时，（a）总平均磁矩和（b）八个子格磁矩随外场 h 变化规律Fig. 3.2 (a) Total average magnetizations and (b) sublattice magnetization of the eight type versus theexternal magnetic field h for J2=0.8, J3=1.2 and T=0.05图 3.3 给出了当 J=-0.8、J3=1.2 和 T=0.05，改变中间围的交换作用 J2时，系统随外场 h 的变化曲线。图 3.3（a）给出了系统总的平均磁矩 M 随着外场 h 的变化曲线。当 J2=-0.8 时，在外场的变化中系统的磁矩曲线共产生三个磁性阶梯，所对应的总的平均磁矩值分别为 Ms=1.5、M=0.5 和 M=-0.3。此时，系统存在了一个临界磁场 hc=3.6，饱和磁场 hs=4.8。当 J2=-1.8 时，磁矩曲线也产生三个磁性阶梯，但是所对应的总的平均磁矩值分别为 Ms=1.5、M=0.5 和 M=0.3。此时，系统临界磁场 hc=8.05，饱和磁场hs=8.35。当 J2=-2.2 时，系统的磁矩曲线仅仅产生两个磁性阶梯，所对应的总的平均磁矩值分别为 Ms=1.5 和 M=0.5。此时，系统只存在饱和磁场 hs=9.2。从图 3.3（b）可以看出，在 J2=0.8 时子格曲线（M1, M2, M3, M6, M7, M8）在随外场的增加出现了两个阶梯分别是分别为 3/2 和-3/2。当他们从-3/2 翻转到 3/2，所对应的磁场分别临界磁场hc 和饱和磁场 hs。然而，其它子格磁矩始终保持在 M4=M5=3/2。当 J2=-1.8 时，子格
图 3.3 当 J=-0.8、J3=1.2 和 T=0.05 时，（a）总平均磁矩和（b）八个子格磁矩随外场 h 变化规律Fig. 3.3 (a) Total average magnetizations and (b) sublattice magnetization of the eight type versus theexternal magnetic field h for J=-0.8, J3=1.2 and T=0.05图 3.4 给出了当 J=-0.8、J2=0.8 和 T=0.05，改变外围的交换作用 J3时，系统随外场 h 的变化规律。图 3.4（a）给出了系统总平均磁矩随外场 h 的变化曲线。当参数 J3=2.0和 2.8 时，系统的磁矩曲线产生了三个阶梯，所对应的磁矩都是 Ms=1.5、M=0.3 和M=-0.3。在 J3=2.0 时，系统的临界磁场和饱和磁场为分别是 hc=4.8 和 hs=5.2。当 J3=2.8时，系统的临界磁场和饱和磁场分别是 hc=4.8 和 hs=7.1。当 J3从 2.0 增加到 2.8 时，磁性阶梯的磁场宽度变大。在图 3.4（b）中给出了子格磁矩随磁场变化的函数。数值结果表明，子格磁矩曲线（M1, M2, M3, M6, M7, M8）出现了两个阶梯，所对应的磁矩分别为 3/2 和-3/2。曲线从-3/2 到 3/2 岁对应的外磁场是系统的临界磁场和饱和磁场。然而，子格磁矩 M4和 M5始终保持不变，即 M4=M5=3/2。
【参考文献】
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1 金旭;汤立红;宁平;李凯;韩新宇;郭惠斌;包双友;朱婷婷;张秀英;;黑磷烯制备与应用研究进展[J];材料导报;2016年11期
2 詹建;邹得球;李乐园;;石墨烯及其复合材料的导热特性研究进展[J];功能材料;2015年S2期
3 顾善群;李金焕;王海洋;钟玲平;王堂洋;刘彬;肖军;;石墨烯/纳米银复合材料的制备、微结构及其导电性能[J];复合材料学报;2015年04期
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1 唐可;超高密度图案化磁记录介质中偶极作用与热辅助磁化研究[D];电子科技大学;2007年
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