核壳结构纳米粒子的磁性及电子结构研究

发布时间：2017-05-06 02:09

  本文关键词：核壳结构纳米粒子的磁性及电子结构研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,由于纳米粒子在科技上的广泛应用,人们在实验和理论方面对其进行了大量的研究。与块体材料不同,纳米粒子的性质与其尺寸有关。随着纳米粒子的尺寸减小,颗粒的比表面积增大,导致其化学和物理性质发生显著地变化。相较于简单的纳米粒子,核壳结构纳米粒子呈现出很多独特的性质,并在生物医药工程和电子领域有着广泛的应用。核壳结构纳米粒子在靶向药物传递、生物传感器、高密度磁记录方面有着巨大的潜力应用价值。因此,研究核壳结构纳米粒子的磁性和电子结构等物理性质有重要的意义。本论文基于Monte Carlo模拟方法研究了具有六棱柱型核壳结构纳米粒子的磁性质,核子格和壳子格为铁磁性,格点自旋取值分别为-1和-3/2,核壳之间属于亚铁磁交换作用。论文中给出并详细讨论了系统的磁矩曲线、磁化率、相图、阶梯效应、磁滞回线、内能、比热等磁性质和热力学性质。结果显示,核子格与壳子格的交换耦合作用和磁晶各向异性对系统的磁性质有很大的影响;系统的总磁矩曲线呈现出各种典型的亚铁磁磁矩曲线类型;壳子格格点由自旋-3/2占据导致系统磁矩有不同的初始值;参数合适时,系统会出现补偿温度,甚至会出现双补偿点;随着核壳两个子格的磁晶各向异性改变,系统的磁矩随外场变化产生的台阶数发生改变;交换耦合作用、磁晶各向异性、温度都会影响系统磁滞回线的环数及形状;随不同参数的改变,系统内能曲线上的拐点位置改变,说明系统的相变温度发生变化。另外,本论文基于第一性原理利用VASP软件研究了Ni@Co核壳结构纳米粒子的电子结构和磁矩。计算结果显示,Ni@Co核壳结构纳米粒子的总磁矩为120.46μB,其中Co原子的平均磁矩约为1.5μB,Ni原子的平均磁矩约为0.5μB。费米能级附近不存在能带间隙,说明材料呈现金属性。自旋向上态密度和自旋向下态密度中的最大值分别出现在-2eV和-3eV处,说明能带在这两处交叉最为密集。分波态密度图显示Co原子和Ni原子较大的态密度主要来自d轨道的贡献。差分电荷密度图显示核壳交界处的Co原子和Ni原子之间存在电荷转移,部分Co原子和Ni原子之间的键能较大。
【关键词】：核壳结构纳米粒子 Monte Carlo方法 磁性 第一性原理 电子结构
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 纳米材料9-13
• 1.1.1 纳米材料分类9-10
• 1.1.2 纳米材料的五大效应10-11
• 1.1.3 纳米材料的磁特性11-12
• 1.1.4 纳米材料的局限性12-13
• 1.2 核壳结构纳米材料13-16
• 1.2.1 核壳结构纳米材料分类13-14
• 1.2.2 核壳结构纳米材料形成机理14-15
• 1.2.3 核壳结构纳米材料的应用15-16
• 1.3 选题背景及研究内容16-17
• 1.3.1 选题背景16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 第2章 Monte Carlo方法17-21
• 2.1 Monte Carlo方法基本思想17-19
• 2.2 Monte Carlo方法模拟Ising自旋模型具体步骤19-21
• 第3章 六棱柱型核壳结构纳米粒子的磁性及热力学性质21-43
• 3.1 模型及哈密顿量21-22
• 3.2 六棱柱型核壳结构纳米粒子的磁性22-39
• 3.2.1 基本计算公式22-23
• 3.2.2 磁矩和磁化率23-31
• 3.2.3 相图31-33
• 3.2.4 阶梯效应33-36
• 3.2.5 磁滞回线36-39
• 3.3 热力学性质39-43
• 3.3.1 内能和比热的计算公式39
• 3.3.2 内能和比热39-43
• 第4章 第一性原理及VASP软件介绍43-48
• 4.1 多粒子体系的薛定谔方程43
• 4.2 绝热近似43
• 4.3 密度泛函理论43-45
• 4.3.1 Hohenberg-Kohn定理44
• 4.3.2 Kohn-Sham方程44
• 4.3.3 交换关联泛函44-45
• 4.4 赝势45-46
• 4.5 VASP软件46-48
• 4.5.1 VASP软件的功能及优点46
• 4.5.2 VASP软件的输入文件46-48
• 第5章 Ni@Co核壳结构纳米粒子的电子结构48-56
• 5.1 Ni@Co模型建立48-49
• 5.2 Ni@Co能带49-50
• 5.3 Ni@Co态密度50-53
• 5.4 Ni@Co差分电荷密度53-56
• 第6章 结论56-57
• 参考文献57-60
• 在学研究成果60-61
• 致谢61

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本文编号：347530