برهمكنش كمپلكس هاي مغناطيسي با ساختارهاي دو بعدي

دكتري

چكيده اين پايان نامه در چارچوب نظريه¬ي تابعي چگالي و همچنين نظريه¬ي تابعي چگالي نسبيتي و با استفاده از رهيافت پتانسيل كامل و اوربيتال¬هاي جايگزيده موجود در كد محاسباتي FPLO انجام شده است. در اين تحقيق به بررسي خواص مغناطيسي از جمله مغناطش اسپيني، مغناطش مداري، انرژي ناهمسانگردي مغناطيسي، انرژي ناشي از جفت شدگي اسپين-مدار و در كنار آنها برخي از جنبه¬هاي الكترونيكي ساختارهاي مشروحه¬ي زير پرداخته شده است. در تمامي بررسي¬هاي انجام شده، محاسبات در چهار رهيافت اسكالر نسبيتي غير مغناطيسي( SR غير مغناطيسي)، اسكالر نسبيتي مغناطيسي(SR)، تماماً نسبيتي مغناطيسي(FR) و تماماً نسبيتي مغناطيسي با تصحيح قطبش مداري(FR+OPC) انجام شده است. اولين ساختار مورد بررسي ساختار يك تك لايه از اتم¬هاي كبالت با بالاترين تراكم، افزوده شده بر روي گرافن بود. در اين بررسي نشان داده شد، كه جايگاه بهينه¬ي قرار گيري اتم¬هاي كبالت در بالاي مراكز شش گوشي اتم¬هاي كربن واقع در زير سطح گرافن است. همچنين مشاهده شد، كه اين ساختار در نظم يابي مغناطيسي فرومغناطيس در مقايسه با نظم يابي پادفرومغناطيسي، پايدارتر است، و قابليت استفاده به عنوان ساختار دو بعدي فرومغناطيس را دارد. چگالي حالت¬هاي الكتروني اسپيني(DOS) اين ساختار نشان مي¬دهد، كه حالت¬هاي اسپيني، در سطح فرمي، در ساختار بهينه، در حدود 92 درصد اسپين قطبيده بوده، و به صورت صد در صد ناشي از يك جهت اسپيني بالا يا پايين نمي¬باشند، و نمي¬توان از اين ساختار، به عنوان يك ساختار صد در صد نيم فلز به منظور كاربردهاي اسپينترونيكي استفاده نمود. در اين بررسي، مقادير مغناطش اسپيني اتم¬هاي كبالت در ساختار بهينه در نظم يابي مغناطيسي فرومغناطيسي و پادفرومغناطيسي به ترتيب برابر با 88/1 و 72/1 مگنتون بوهر برآورد شده است. همچنين مغناطش مداري اتم¬ها Co نيز در نظم يابي مغناطيسي فرومغناطيس و پادفرومغناطيس در دو رهيافت FR(OPC) به ترتيب برابر با (18/0)09/0 و (48/0)12/0 محاسبه شده است. دومين ساختار مورد بررسي اتم¬هاي گروه فلزات واسطه (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) افزوده شده بر روي سطح مولكول آنتراسن بود. در اين بررسي نيز مقادير مغناطش اسپيني و مداري، انرژي ناهمسانگردي مغناطيسي در چندين راستاي مغناطيسي و همچنين خواص الكترونيكي اين ساختار با استفاده از منحني¬هاي DOS كلي و جزيي مورد بررسي قرار گرفت. در اين تحقيق مشاهده شد، كه Cr با μB 02/4 داراي بزرگترين مغناطش اسپيني است، در حالي كه Ni افزوده شده بر روي آنتراسن از خود خواص مغناطيسي نشان نمي¬دهد. همچنين، مشاهده شد كه مغناطش مداري، در اين ساختار¬ها تقريباً فرونشانده مي¬شود، و به دنبال آن اين ساختار¬ها داراي انرژي ناهمسانگردي مغناطيسي چشمگيري نبوده، و به صورت مغناطيس¬هاي مولكولي نرم مي¬توانند مد نظر قرار داده شوند. مورد سوم، بررسي خواص مغناطيسي تك اتم¬هاي فلزات واسطه (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) افزوده شده بر روي سطح ساختار دو بعدي نيتريد بور شش گوشي دوبعدي (2D h-BN) بود. در اين بررسي، موقعيت مكاني بهينه¬ي اتم¬هاي فلزات واسطه با استفاده از محاسبات كمينه سازي نيروي وارده به اتم¬ها (محاسبات واهلش يا Relaxation) در سه موقعيت مكاني انجام شد. يكي از اين موقعيت¬ها، قرارگيري اتم¬هاي فلزات واسطه در بالاي اتم¬هاي نيتروژن(TN) و يكي ديگر قرارگيري آنها در بالاي اتم¬هاي بور (TB)و موقعيت سوم، قرارگيري اتم¬هاي فلزات واسطه در بالاي مركز شش گوشي ايجاد شده از اتم¬هاي نيتروژن و بور(H) بود. محاسبات انرژي ساختاري در سه رهيافت SR غير مغناطيسي، SR مغناطيسي و FR مغناطيسي انجام شد. نتايج محاسبات انرژي ساختاري نشان داد، كه در نظر گرفتن برهمكنش¬هاي مغناطيسي همچون انرژي ناشي از جدايش حالت¬هاي الكتروني اسپين بالا از حالت¬هاي الكتروني اسپين پايين مي¬تواند باعث تغيير چشمگيري در نتايج انرژي چسبندگي و مشخص نمودن حالت تعادلي با پايين¬ترين سطح انرژي گردد. همچنين نتايج مغناطش اسپيني در اين بررسي نشان مي¬دهد، كه نحوه¬ي تغيير اين كميت در طي رفتن از Sc به Ni در سه ساختار TN, TB و H رفتار يكساني ندارد، كه علت اين موضوع، به دليل تفاوت در ميدان كريستالي اعمالي به اتم¬هاي فلزات واسطه در اين سه ساختار بيان شده است. علاوه بر موارد فوق، نتايج مغناطش اوربيتالي نشان داد، كه صرف نظر از Co در ساختار¬هايTN, TB, H و Fe در ساختار¬هاي TB، TN و Ti در ساختار TN و Cr در ساختار H، مغناطش اوربيتالي در ساير ساختار¬ها فرونشانده مي-شود. در اين بررسي منشأ مغناطش مداري در ساختار¬هاي ياد شده، برهم¬كنش اسپين-مدار بيان شده است. اين موضوع با محاسبه¬ي انرژي جفت شدگي اسپين-مدار با استفاده از چگالي حالت¬هاي جزيي اربيتا¬هاي 3d در نزديكي سطح فرمي نشان داده شده است. همچنين در اين بررسي نشان داه شد، كه در دو رهيافت FR(OPC) مغناطش مداري Co در ساختار TN با مقادير μB (92/1)23/1 و Fe در ساختار TB با مقادير μB (72/1)89/0 بزرگترين مغناطش مداري را دارا مي¬باشند. همچنين انرژي ناشي از برهمكنش جفت شدگي اسپين-مدار به ترتيب در دو رهيافت FR(OPC) در ساختار Co-TN برابر با meV (5/515)6//69 و در ساختار Fe-TB برابر با meV (6/560)53 برآورد شده است، كه بزرگترين انرژي جفت شدگي اسپين-مدار در ميان ساير ساختار¬هاي مورد مطالعه در اين بررسي بودند. اين مقادير بزرگ مغناطش مداري و انرژي جفت شدگي اسپين-مدار در دو ساختار ياد شده، نويد بخش داشتن انرژي¬هاي ناهمسانگردي مغناطيسي بزرگ¬ در دو ساختار Co-TN و Fe-TB مي¬باشد. واژه‌هاي كليدي: RDFT، گرافن، نيتريد بور دو بعدي، آنتراسن، فلزات واسطه، مغناطش.

189144

دانشگاه علم و صنعت ايران

ماده چگال

مهدي افشار