5d金属Ir及其合金纳米颗粒、纳米线的电、磁性能研究

Since 5d transition metal atoms have larger spin angular momentum,orbit angular momentum, spin-orbit coupling coefficient,strong phycical confinement effect on d electrons and a large amount of dangling bond on the surface at nanoscale,5d transition metal nanomatrials have many particular electrical,magnetic, and optical properties.The deeper investigation on the 5d and 5d-3d alloy nanomaterials is very significant for the basic scientific research and promote their application research in micro- or nano-electronics devices. In this project,1-10 nm Ir of 5d transition metal and Ir-Fe(Co) alloy nanoparticles and nanowires will be synthesized by chemical methods.The as-prepared nanoparticles and nanowires will subsequently be treated by different small ligands to modify the surface bonding states.The influence of size, shape, and surface bonding states on the crystalline structures, stability, magnetic structures, static magnetic properties, dynamical magnetization properties, and spin-dependent transport properties will systematically be investigated.Based on the experimental results and density of states from the first-principles calculation,the particular electrical and magnetic properties of 5d transition metal and its alloy nanomatrials with large spin-orbit coupling effect will be revealed. Morever, the way to apply such interesting nanomaterials in spintronics devices and micro- or nano-electronics working in GHz range will be explored.

由于5d 过渡金属原子比3d金属原子具有更大的自旋和轨道角动量、自旋轨道耦合系数，在纳米尺度其d电子受到强烈的物理限制作用和表面存在大量悬挂键，使得5d过渡金属纳米材料具有许多独特的电学、磁学、光学等性质，因而对5d金属及5d-3d过渡金属合金纳米材料的深入研究具有重要的科学意义，可极大促进5d过渡金属纳米材料在纳电子器件中的应用研究。本研究拟用化学方法制备尺寸在1-10nm的5d金属Ir及Ir-Fe（Co）合金纳米颗粒和纳米线，并在其表面吸附不同小分子配位基团，系统研究尺寸、形状、表面键合情况对其晶体结构、稳定性、磁结构、静磁性能、动力学磁化性能、自旋输运性质的影响，综合分析实验结果和基于密度泛函理论的第一性原理计算的电子态密度等信息，力图揭示具有较大自旋-轨道耦合作用的5d过渡金属Ir及其合金在纳米尺度的奇特电学、磁学性质，探讨其在自旋电子器件、工作于GHz频段的微纳电子器件的应用。

由于5d 过渡金属原子比3d金属原子具有更大的自旋和轨道角动量、自旋轨道耦合系数，在纳米尺度其d电子受到强烈的物理限制作用和表面存在大量悬挂键，使得5d过渡金属纳米材料具有许多独特的电学、磁学、光学等性质，因而对5d金属及5d-3d过渡金属合金纳米材料的深入研究具有重要的科学意义，可极大促进5d金属纳米材料在微纳电子器件中的应用研究。本研究的主要研究内容是采用化学方法制备了5d过渡金属单质纳米颗粒、纳米线和二硫属化合物纳米片，对纳米材料的晶体结构、稳定性、静磁性能、自旋输运性质进行了研究，力图揭示具有较大自旋-轨道耦合作用的5d过渡金属Ir及其合金在纳米尺度的奇特电学、磁学性质，探讨其在自旋电子器件、工作于GHz频段的微纳电子器件的应用。 系统研究了Au-ZnO核壳纳米颗粒和Au-ZnO球棒纳米结构的表面增强Raman效应和光催化性能，结果表明Au-ZnO活性基底的表面增强拉曼散射效应（SERS）远高于Au纳米颗粒，超快光谱测试揭示金纳米颗粒产生的局域表面等离子体效应激发的电子通过ZnO的导带转移到ZnO表面，ZnO导带上的电子转移到吸附的分子的最低未占用轨道上，引起分子极化率的改变，导致拉曼光谱的增强。而Au-ZnO异质纳米结构同时具有显著的光催化效果，因此Au-ZnO异质纳米结构可作为一种可重复利用的表面增强拉曼基底材料。系统研究了少层WSe2纳米片的超声化学制备和其电化学、相转变、电输运等性能，有望在非Pt催化剂和电子器件中获得应用。制备出直径为2nm、长度超过几百微米的超细Au纳米线，对其光谱性能进行了研究，对其输运性能进行了探索研究。制备出5nm 的Ir纳米颗粒和10-40nm的CoIr合金纳米颗粒，其结构为六方相，CoIr合金的纳米颗粒磁性测量表明其矫顽力可达到2000 Oe，可以利用其较大的各向异性作为调控其高频性能的一个有效手段，提高共振频率和磁导率。