铁基单分子磁体输运特性的理论研究
单分子磁体量子
单分子磁体量子近几年，单分子磁体量子（SMM）在研究中受到了越来越多的关注，它具有独特的机械性质，其磁性和化学性质可操控，从而具有重要的应用价值。
体的研究始于20世纪60年代，目前大多数研究集中在具有极高磁性的材料上，例如铁磁性金属铁素体以及稀土磁性合金。
然而，随着技术的不断发展，研究者可以利用单个分子来实现磁体。
单分子磁体（SMM）是指由一种单分子构成的磁体，它们具有独特的机械性质，可以在单个分子层次上进行操控。
一方面，SMM可以将复杂的有机分子转化为简单易维护的磁性结构；另一方面，它可以提供有关磁性性质的新信息，也可能对科学发展和实际应用都有重要的意义。
最早发现的单分子磁体是在1995年发现的碳链磁性分子[1]，后来还发现了多种其他的磁性分子，包括铁键分子、稀土分子等等，它们都具有极强的磁性。
除了磁性外，它们还具有其他能量状态或化学性质，可以用来模拟物理和化学过程。
SMM对单子分子的磁性进行控制，从而可以调控制单子分子的化学性质，使得它们在特定的磁场中具有可控的行为。
它们的发现为制备高度精密的分子结构，设计新的分子材料和改变材料性能提供了新的机会。
具体来讲，目前最受关注的SMM应用包括能源存储和转换、生物传感、环境检测、纳米机器人、磁性探测器等。
例如，研究者可以利用SMM来改变纳米机器人的移动速度和转弯能力，它们也可以作为磁性传感器用于检测磁场的大小和方向。
同样，SMM还可以作为能源存储和转换的器件，用于有效地将太阳能转换成可以用于其他应用的能量，这对于未来的能源技术研究具有重要意义。
SMM有着巨大的应用前景，其中最有希望的方面是有机分子分子磁体。
有机分子磁体可以实现更为灵活的结构，它们也具有很好的包覆性和良好的磁性，提供了另一种潜在的电子器件。
新近发现的有机分子磁体包括芳烃分子、碳链分子、硅烷分子和酞菁等。
近几年，我国也在单分子磁体方面取得了大量的研究成果，其中最突出的是研究有机分子磁体的新进展，这些新发现的有机分子磁体为磁体物理和材料制备提供了一个新的框架。
铁基材料的磁性行为研究
铁基材料的磁性行为研究引言：磁性是物质中微观电子自旋排列所引起的现象，自然界中存在着许多具有磁性的物质。
铁基材料作为一类重要的磁性材料，具有广泛的应用前景。
本文将从铁基材料的磁性行为入手，探讨其相关研究与应用。
一、铁基材料的磁性特性铁基材料具有较高的磁矩和居里温度，其磁性主要由铁原子的自旋和轨道磁矩以及相互作用所决定。
其中，自旋磁矩是指由电子自旋所产生的，而轨道磁矩则是由电子运动形成的。
这些磁矩之间的相互作用包括自旋-自旋相互作用、自旋-轨道相互作用和晶格偶极相互作用等。
这些相互作用对铁基材料的磁性行为有着重要影响。
二、铁基材料中的磁畴结构铁基材料中的磁畴结构是指磁化强度方向在空间上分布不均匀的现象。
在低温下，铁基材料中的磁畴结构常呈条纹状或斑点状，形成了磁畴壁。
磁畴结构的形成与铁基材料中磁畴墙的能量具有关联。
当外界磁场作用于铁基材料时，磁畴结构的形态和大小将发生变化，从而影响材料的磁性行为。
三、铁基材料的磁性相变铁基材料的磁性相变是指在一定条件下，材料的磁化方向或磁性行为发生改变的现象。
常见的磁性相变包括顺磁-铁磁相变、铁磁-反铁磁相变和铁磁-顺磁相变等。
这些相变的发生与内禀的磁性相互作用以及外界磁场的影响密切相关。
磁性相变的研究对于理解铁基材料的磁性行为以及材料的应用具有重要意义。
四、铁基材料的磁性应用铁基材料作为一类重要的功能材料，广泛应用于电子、信息、能源等领域。
以铁氧体为代表的硬磁材料可用于制造变压器、感应器等电磁设备；软磁材料则广泛应用于电动机、发电机等电力设备。
此外，铁基材料在传感器、数据存储、磁性液体等领域也有着广泛的应用。
结论：铁基材料的磁性行为是其应用的基础，研究铁基材料的磁性行为能够为其应用的进一步开发提供科学依据。
通过对铁基材料的磁性特性、磁畴结构、磁性相变以及磁性应用等方面的研究，能够提高材料的磁性能和磁导率，从而推动铁基材料在各个领域中的应用发展。
铁基材料的磁性行为研究虽然仍然面临一些挑战，但相信随着科学技术的不断进步，铁基材料的磁性行为研究将取得更多的突破。
单分子磁体的研究进展
单分子磁体的研究进展学生：施张胜指导老师：王晓玲淮南师范学院化学与化工系摘要：单分子磁体为纳米尺寸，磁特性源自单个分子的内部,可以独立地作一个磁功能单元，是突破尺寸对传统磁体性能制约的一条连径。
已知单分子磁体基本上是含Mn、Fe、V、Cr和一些其他金属元素的簇合物，有望用来制造分子器件、磁存储材料等。
本文介绍了一些典型的单分子磁体的研究和发展趋势。
关键词：单分子磁体；金属簇合物；磁性Progress of Research on Single Molecular MagnetsStudent：Shi zhangshengSupervisor：Wang xiaolingDepartment of Chemistry and Chemical Engineering of Huainan Normal University Abstract：Single Molecular Magnets (SMM) could act as independent magnetieally functional units since they are nano-sized compound molecules and molecular clusters. The related magnetic properties are attributed to the metallic ions interior of molecule, which indicates the dimension restrict for traditional magnets could be surmotmted. SMMs representatively contain metal clusters such as Mn, Fe, V and Cr etc, and can potentially be used to produce such as molecular devicce and magnetic recording materials, The progress of research on SMMS are introduced this paper.Key words: Single Molecular Magnets; clusters; magnetism单分子磁体的研究进2 前言磁学是物理学中一个古老的重要分支，磁性材料的应用也为人类社会的发展带来了巨大影响。
单分子磁体及其磁学表征
收稿:2002年9月,收修改稿:2002年12月 *国家自然科学基金重点资助项目(90101028)**通讯联系人 e -m ail :coo rd @nankai .edu .cn单分子磁体及其磁学表征*王庆伦 廖代正**(南开大学化学系 天津300071)摘 要 单分子磁体是介于分子基磁体和纳米磁性材料的学科交叉点。
对其不同寻常磁特性的研究不仅有助于纳米磁性离子物理学和化学的发展,而且有望最终用于高密度信息储存设备。
本文就单分子磁体的研究背景和意义、单分子磁体的种类、结构及磁学表征作一概述。
关键词 单分子磁体 分子基磁体 纳米磁性材料 磁学表征中图分类号:O 646.8;TB 383 文献标识码:A 文章编号:1005-281X (2003)03-0161-09Single -Molecular Magnets and Their Magnetic CharacterizationW ang Qinglun L iao Daiz heng **(Departm ent of Chemistry ,Nankai Univer sity,Tianjin 300071,China )Abstract T he studies o n single -mo lecular mag nets (SM M ’s )ar e in the interface betw een molecule -based magnets and nanoscale m agnetic m aterials.Study o f their unusual mag netic behavior w ill be not only beneficial for bo th physics and chem istry,but also po tentially used in hig h-density inform ation sto rage de-vices for quantum co mputing .In this paper ,sever al kinds of SMM ’s and their magnetic char acter ization are reviewed.Key words single-mo lecular magnets;m olecule-based m agnets;nanoscale mag netic materials;m ag-netic characterization一、引 言1993年,人们发现单分子[Mn 12O 12(O 2CM e)16(H 2O)4]・2(CH 3COOH)・4H 2O (1)在低温下具有超顺磁的特性,因此可以作为磁体使用[1,2]。
电磁输运性质在凝聚态物质中的研究分析
电磁输运性质在凝聚态物质中的研究分析电磁输运性质是凝聚态物质研究中的一个重要方面，它涉及到电子在物质中的输运行为以及与之相关的热传导和磁性等性质。
本文将围绕电磁输运性质在凝聚态物质中的研究展开分析，探讨其在材料科学和电子学等领域的应用。
首先，我们来谈谈凝聚态物质中的电子输运行为。
在固体中，电子的输运行为主要受到晶格的排列和电子之间的相互作用的影响。
晶格结构可以限制电子的自由运动，并导致电子在材料中的散射。
而电子之间的库仑相互作用和磁性相互作用也会影响电子的输运行为。
通过研究电子在凝聚态物质中的输运行为，我们可以深入了解材料的导电性、热电性以及磁电性等性质。
随着研究的深入，科学家们发现了许多有趣的电子输运现象。
例如，研究人员发现一种名为“量子霍尔效应”的现象，即在低温下，当电子在二维材料中垂直于外加电场方向上输运时，会出现沿垂直方向产生的电荷堆积，形成电子能级的分立。
这一现象的发现极大地推动了凝聚态物质物理学的发展，并具有广泛的应用前景，例如用于精密电阻标准以及高精度电压测量等。
另一个重要的研究方向是研究材料中的热传导性质。
热传导是指热量由高温区域向低温区域的传导过程。
在凝聚态物质中，热传导性质由晶格振动和电子输运共同决定。
晶格振动导致声子的传播，而电子输运则产生热电场和热电流。
通过研究热传导性质，我们可以深入了解材料的热导率、热膨胀系数以及热稳定性等性质。
这对于材料的设计和应用具有重要意义，例如在热管理和热电转换器件等领域。
除了电子输运和热传导性质，研究材料中的磁性也是凝聚态物质研究的重要内容。
磁性是指物质在外加磁场下产生的磁化行为。
凝聚态物质中的磁性主要来自材料内部的磁矩相互作用。
通过研究材料中的磁性，我们可以了解材料的磁化行为、磁化强度以及磁滞回线等性质。
这对于制备磁存储器件、磁传感器以及磁性材料的设计具有重要意义。
最后，我们来谈谈电磁输运性质在材料科学和电子学等领域的应用。
电磁输运性质在材料科学中的应用广泛而重要。
单分子磁体
5.3
早在80年代就合成了[Mn12O12 (O2CR)16(H2O)4 ]， 早在80年代就合成了 80年代就合成了 ，
它是迄今为止研究得最为彻底的单分子磁体的例子。 它是迄今为止研究得最为彻底的单分子磁体的例子。
在此基础上还发展出了一系列簇合物， 在此基础上还发展出了一系列簇合物，主要有三种
修饰方法。 修饰方法。
结构图
图 4 [Mn12O12(O2CCH3)16(H2O)4]·2(CH3COOH)·4H2O构型示意图 构型示意图
结构图
图5Байду номын сангаас
[V4O2(O2CEt)7(bpy)2]+的ORTEP作图 作图(bpy：2,2(-联吡啶 联吡啶) 作图 ： 联吡啶
5、Mn-O簇合物的研究机理及制备
簇合物的研究： 5.1 Mn-O簇合物的研究：对Mn簇合物的研究主要有 簇合物的研究 簇合物的研究主要有 两个方面。 主要是作为生物模拟物， 两个方面 。对Mn3或Mn4主要是作为生物模拟物， 对它们的磁性已作了较多的研究。对于 5以上簇 对它们的磁性已作了较多的研究。对于Mn 合物主要用于获取高自旋分子。 合物主要用于获取高自旋分子 。 目前得到的单分 子磁体有Mn ， 子磁体有 4， Mn10 ， Mn12 ， Mn30 ， 而 Mn6 ， Mn7 ， Mn8，Mn9仅仅得到高自旋分子。 仅仅得到高自旋分子。
第三类单分子磁体是几种不同的铁配合物 。 如 [Fe8O2(OH)12(tacn)6]8+。其中tacn代表 其中 代表1,4,7-三氮杂 三氮杂 代表 环壬烷,三氮大环。 环壬烷 三氮大环。 三氮大环 第四类是过渡金属异核单分子磁体。 第四类是过渡金属异核单分子磁体。如[Mn6Cr]。 。 第五类是稀土基及过渡金属-稀土杂核单分子磁体。 第五类是稀土基及过渡金属 稀土杂核单分子磁体。 稀土杂核单分子磁体
单分子磁体发展综述PPT课件
(SMMs)
2020/3/20
冷际东
广州大学化学化工学院
1
1. 什么是SMMs 2. SMMs的特点和性质 3. SMMs的发展历史 4. SMMs未来的发展方向
2020/3/20
2
1. 什么是SMMs 分子基磁性材料
top-down
bottom-up
TB = 14 K Ueff = 227 cm-1
2020/3/20
31
3. SMMs的发展历史
J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (45), pp 18546–18549
2020/3/20
32
3. SMMs的发展历史
2020/3/20
33
3. SMMs的发展历史
2020/3/20
34
3. SMMs的发展历史
2020/3/20
Ueff = 37.83 K Ueff = 39.35 K Ueff = 39.79 K
35
3. SMMs的发展历史
Ueff1 = 9.7 K Ueff2 = 170 K
2020/3/20
36
3. SMMs的发展历史
2020/3/20
Ueff1 = 19.7 K Ueff2 = 173 K
Ueff 1 = 11.0 cm-1 , t1 = 7.7 x 10-4 s, Ueff 2 = 82.1 cm-1 , t2 = 6.2 x 10-7 s
19
3. SMMs的发展历史
{Cr2Dy2}
2020/3/20
Ueff (Cr2Dy2) = 77 K Ueff (Co2Dy2) = 79 K
铁基超导材料的结构及其性能研究
铁基超导材料的结构及其性能研究随着科学技术的不断进步，高温超导材料的研究与应用逐渐成为研究者们关注的热点领域。
其中，铁基超导材料因其具有较高的超导转变温度、良好的电子传输和磁学性质等优良特点，成为了当前的研究热点之一。
本文将从铁基超导材料的结构特点和性能研究入手，探讨铁基超导材料的研究现状以及发展趋势。
一、结构特点铁基超导材料的结构特点关系到其超导性能和应用。
研究发现，铁基超导材料的原理与绿藻素晶体有很大的相似之处。
正如绿藻素晶体中的铜氧层构成了超导电子系统的中心部分一样，铁基超导材料中的铁基层也构成了其中心部分，对其超导特性产生了重要的影响。
铁基超导材料以FeAs为主要结构单元，之后加入其他金属元素，形成复合结构。
目前已经发现了多种铁基超导材料，包括Fe-As、Fe-Se等多种类型。
其中，最具有代表性的是LaOFeAs和BaFe2As2。
LaOFeAs的结构特点为：其中的铁原子形成了层状结构，每两层铁原子之间夹杂着一层LaO层。
而BaFe2As2的结构特点则为：每个铁原子周围分别有四个As原子。
这些结构特点关系到铁基超导材料的电子传输特性和超导转变温度，因此研究其结构特点对于进一步探索铁基超导材料的性能具有指导意义。
二、性能研究铁基超导材料的性能研究一直是科学家们的研究重点。
其中，超导转变温度是评价超导材料性能的一个指标。
近年来，研究人员通过对不同铁基超导材料的研究，发现它们的超导转变温度受到多种因素的影响，包括晶体结构、化学元素组成和掺杂度等。
晶体结构：铁基超导材料的晶体结构种类繁多，因此其超导性能也有所不同。
例如，FeSe晶体的超导转变温度约为8K，而BaFe2As2的超导转变温度约为38K。
化学元素组成：另外，铁基超导材料中所添加的化学元素也会影响其超导性能。
例如，通过对BaFe2As2的掺杂（如Ni、Co、Sr等）可以提高其超导转变温度。
掺杂度：铁基超导材料的超导性能还受到掺杂度的影响。
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铁基单分子磁体输运特性的理论研究
分子自旋电子学是一门基础性前沿交叉学科,其主要研究内容包括磁性分子的几何和电子结构、磁性、输运特性及功能分子器件的设计等。
基于不同种类的磁性分子,已设计出各种功能型分子器件,如分子开关、分子自旋过滤器、负微分电阻效应。
分子自旋电子学的关键科学问题之一就是基于具有磁性的分子内禀物理化
学特性设计出具有特性功能的分子器件。
近年来,由于单分子自旋翻转
(spin-crossover,SCO)化合物具有高自旋(high-spin)和低自旋态(low-spin)双稳态结构,使得这类单分子自旋翻转磁体成为构建分子自旋器件最有潜力的候选体系,正引起人们的研究兴趣。
本文采用电子密度泛函理论(DFT)计算,并结合非平衡格林函数(NEGF)方法,即DFT+NEGF方案,系统研究了2个铁基单分子磁体的自旋翻转和输运特性,发现模型器件具有开关功能、自旋过滤效应和负微分电阻效应,表明铁基单分子自旋翻转磁体在分子自旋电子学领域具有广阔的应用前景。
本硕士学位论文包括如下章节:第一章对分子电子学和分子自旋电子学做了简要介绍,包括分子电子学的
研究概况,常用的实验研究技术和理论模拟方法,以及几类典型的功能型分子器
件等。
第二章主要介绍了理论研究方法,包括电子密度泛函理论基本概念和几类交换关联泛函,简述了格林函数方法在平衡体系和非平衡体系中的应用,给出分子
器件的电子输运计算流程,最后简要介绍了常用的电子结构和输运性质计算软件。
第三章研究了含N4O2配体的铁(Ⅱ)基单分子磁体(Fe-N4O2 SCO complex)的自旋翻转和输运特性。
研究结果表明Fe-N4O2自旋翻转化合物的基态是低自旋态(LS),在外场(如温度、光辐射)作用下通过改变磁芯与近邻的氮/氧原子之间的键长,调制配位场的强弱,从而实现高低自旋态之间的转换。
基于Fe-N4O2自旋翻转化合物通过硫原子锚接在两个金电极之间的自旋极化输运性质计算结果,我们发现高低自旋态的输运性质表现出显著的开关效应,通过高自旋态分子结的电流远大于低自旋态的电流。
更有趣的是,对于高自旋态Fe-N4O2化合物分子结而言,低偏压条件下,其电流主要由自旋向下(spin-down)电子贡献,表现出近乎完美的自旋过滤效应(spin-filtering effect)。
由于分子电子器件的输运性能往往依赖于分子与电极之间界面构型,论文最后我们改变Fe-N4CO2自旋翻转化合物与电极之间的连接构型,发现该分子结的电子传输特性对特定的界面接触构型并不敏感,这有利于其在分子自旋电子学领域的应用。
第四章研究了FeN6分子结高低自旋态的输运特性。
计算结果表明FeN6分子结高低自旋态输运性质具有分子开关效应,高自旋态下的分子结电流值显著高于低自旋态时的数值。
高自旋态分子结的电子输运特性主要由自旋向下的电子贡献,自旋过滤效率接近100%。
此外,我们还观察到了负微分电阻现象,发现它源自偏压对透射谱调制作用。
最后,我们改变了FeN6分子与电极的连接方式,发现高自旋态的自旋过滤效应依旧显著。
这些理论预测结果意味着FeN6自旋翻转磁体有望用于设计分子开关和自旋过滤等分子自旋电子学器件。
第五章对所有的工作进行总结,并进行了展望。