叠氮基有机化合物[(CH)NH][M(N)(HCOO)](M=FeandCo)的磁性研究终稿.doc

毕业论文论文题目叠氮基化合物[(CH3)2NH2][M(N3)2(HCOO)](M=FeandCo)的磁性研究系别专业化学年级学号学生姓名指导教师完成时间年月铜仁学院生化系制摘要使用第一性原理计算基础的密度泛函理论来计算研究叠氮基化合物[(CH3)2NH2][M(N3)2(HCOO)](M=FeandCo)磁性材料的电子结构,探讨分子磁体中的磁矩分布以及相应原子的磁偶合行为。在计算中我们采用了WIEN2K程序包,WIEN2K程序所采用的具体计算方法是全势线形缀加平面波方法,它是晶体电子结构计算中最精确的方法之一。计算结果表明,叠氮组铁磁耦合,应归功于自旋离域效应,和极弱的自旋极化效应的作用。关键词第一性理计算、叠氮基AbstractUseingthefirstprinciplecalculationbasedondensityfunctiontheorytostudytheelectronicstructuresof[(CH3)2NH2][M(N3)2(HCOO)](M=FeandCo).-potentiallinearizedaugmentedplanewavemethod,,:DensityFunctionTheoryAzido目录摘要IAbstractII1引言12第一性原理计算的理论基础33本文的工作和目的44模型建立55参数设置66计算结果77结论9参考文献10致谢121引言物质的磁性在古时候就已经引起了人类的兴趣。早在3000多年前,古希腊人就已经发现了天然磁现象存在,而1500年前中国人就已经对磁性进行了实际性的应用,这就是中国和四大发明之一司南。小到基本粒子,大到宏观的宇宙天体,严格说来都是具有磁性的,只是磁性的强弱程度不同而已。当今,磁性材料已经被广泛应用到人类生活和工业等各个方面,在现代文明中扮演着极其重要的角色。但在过去很长一段时期内,人们对物质磁性的认识却一直停留在表面阶段,没有深入到其本质。直到十九世纪以后,随着科学技术的发展和应用,才开始对磁性的物理本质有了一定的认识。而量子力学的成熟,又使人们得以从微观的角度更深入探讨物质磁性的实质和规律,从而逐步建立起了关于磁性的科学理论。现在人们对磁现象的了解,无论是深度还是广度,都达到了一个前所未有的地步。一切物质的磁性都来源于物质中原子的磁矩。原子磁矩包括电子磁矩和原子核磁矩两部分。由于原子核质量约为电子质量的103倍,因此它的磁矩仅为电子磁矩的千分之一。所以电子是物质磁性的主要负载者,所以在研究中我们往往把原子核的磁矩在一般讨论中略去。电子磁矩又可以分为轨道磁矩和自旋磁矩两部分。轨道磁矩来源于电子绕原子核旋转的轨道角动量,自旋磁矩来源于电子内禀的自旋角动量。按照泡利不相容原理,每个原子轨道上最多只能容纳反向平行的两个电子,其中一个电子的自旋向上,即自旋与外加磁场方向一致,而另一个电子的自旋方向向下,即自旋与外加磁场的方向相反。对于那些仅由封闭的电子壳层(满壳层)构成的原子而言,各个轨道上的电子都是成对出现的,因此自旋磁矩和轨道磁矩都相互抵消掉,在宏观上不会表现出磁性。但对于那些具有未满壳层的原子来说,由于至少有一个轨道上的电子不是成对出现,因此自旋和(或)轨道角动量不能完全抵消,所以具有固有磁矩。在外磁场的作用下,这些固有磁矩会趋向与外场方向一致,表现出顺磁性行为,因此把具有未满壳层的原子叫做顺磁性原子。顺磁性原子之间的固有磁矩还会由于量子力学效应会产生交换相互作用。如果这种交换相互作用不是很强,那么在没有外加磁场的情况下,由于热振动的无序性,物质不会表现出宏观的磁性。但是当这种交换相互作用足够强,可以克服热振动的无序性,在没有外磁场的作用下物质也会表现出宏观磁性,这就是所谓的自发磁化。目前研究和使用的磁性材料往往是含有3d或4f电子的金属,就是通常所说的铁族和稀土等元素所构成的材料。金属磁性的理论发展的比较早,研究的也比较充分,因此在金属这方面的理论比较成熟和完善。19世纪末,居里(Curie)在研究气体顺磁磁化率随温度T的变化时,发现了居里定律。到20世纪初,朗之万(Langevin)将经典统计力学应用到具有一定大小的原子磁矩体系,从理论上导出了居里定律。在居里定律和朗之万理论的基础上,外斯提出