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脉冲强磁场下有机磁性材料研究

作　者: 李宗宝
导　师: 姚凯伦
学　校: 华中科技大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 量子理论脉冲强磁场分子磁体
分类号: O482.54
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

计算机技术的快速发展,使研究真实材料（上百个原子的体系）的电子结构成为可能。而量子理论给研究材料基态以及在强磁场下的激发态的物理性质提供了坚实的理论基础。基于量子理论的计算,我们不仅可以解释材料的物理性质,而且可以通过改变材料的形状或所处的环境,模拟不同温度条件下,甚至实际中很难实现的低温或强场条件下材料的行为。这就可以为预测材料的新性能或者指导新材料的合成提供依据。本论文的目的就是用基于半经典量子理论计算为基础来研究几种磁性材料的磁性能。我们研究的内容大致为探讨分子磁体在脉冲强磁场中的磁矩分布以及在不同磁场下的热力学性能。在计算中我们采用了mathematica 5.0程序包进行辅助计算。传统磁性材料往往是含有3d或4f电子的金属材料,但随着科学技术的飞速发展,在很多情况下它们已不能满足需要,因此寻找新型的磁性材料就成为一个很重要的现实问题。近20年来人们已经合成了一系列纯有机或者有机无机结合的磁性化合物（统称为分子磁体）。按照顺磁中心的不同,大致可以分为纯有机磁性化合物,无机配位磁性化合物和电荷转移盐化合物等。我们主要研究了纯有机化合物[Mo₁₂O₃₀（μ₂-OH）₁₀H₂{Ni（H₂O）₃}₄]·14H₂O的磁性能和热力学性能,以及预测了与之类似的其它结构的磁性材料性能。[Mo₁₂O₃₀（μ₂-OH）₁₀H₂{Ni（H₂O）₃}₄]·14H₂O在脉冲强磁场下主要是有其中的四个Ni提供磁性,其它原子在强磁场下的磁性可以忽略。低温试验发现它在0.44K发生相变,由反铁磁向铁磁转变,在四个脉冲磁场下,分子磁矩发生跃迁。由理论计算得到的结果和试验相吻合,说明半经典量子理论在计算较少原子组成的三维空间分子体上面是成功的。在上述四面体结构模型的基础上我们还预测了稳定的空间六面体磁性分子模型的性能。在半经典量子理论中,交换关联能采用的是近邻原子和次近邻原子的相互作用。它们已经被证明在很多情况下是非常有效的。但是对于一些多原子体系,比如无穷链状结构和超大立方结构,在利用半经典量子理论时遇到了一定的困难。这是由于半经典量子理论在计算过程中考虑了所有的相互作用,在进行近似中很难进行。为解决这些困难,格林函数理论,高温展开和蒙托卡罗提供了较好的方法。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
1 绪论  9-23
  1.1 磁性的宏观特性及其分类  10-12
  1.2 金属磁性的基本理论  12-15
  1.3 分子磁性的基本理论和研究现状  15-21
  1.4 本文的工作和目的  21-23
2 半经典量子理论  23-31
  2.1 玻恩—奥本海默绝热近似及外场下的简化  23-24
  2.2 半经典量子理论  24-29
  2.3 半经典量子理论对三维三原子模型的理论分析  29-31
3 三维四原子模型化合物[MO_(12)O_(30)(Μ_2-OH)_(10)H_2{NI (H_20)_3}_4]·14 H_20 强磁场环境下反铁磁性研究  31-37
  3.1 三维四原子材料模型的结构和磁性质  31-32
  3.2 三维四原子材料模型的磁性质和比热容结果讨论  32-37
4 三维五原子模型强磁场环境下材料磁性能及热力学性质研究  37-50
  4.1 自旋为1/2 的三维五原子材料模型的结构讨论  37-44
  4.2 自旋为1 的三维五原子材料模型的结构讨论  44-50
5 总结  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-57
附录攻读硕士学位期间发表的论文目录  57

脉冲强磁场下有机磁性材料研究

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