"Z"型和3(5)-原子环型导电铁磁高聚物的研究及设计

根据准一维"Z"型和3(5)-原子环型导电铁磁高聚物的电性、磁性特点，应用孤子、极化子理论，并考虑掺杂效应，建立一套研究兼具电、磁双重特性的有机高聚物的电子结构和磁性的理论模型，并用平均场近似方法进行解析和数值求解，研究体系的电、磁相变的机理；同时，我们还将对准一维"Z"型和3(5)-原子环型导电铁磁高聚物的电子结构、磁性和非线性光学特性进行从头计算研究。通过比较两种不同的研究方法所得的结果，改善理论模型，使得我们的研究更加深入，更加全面。我们还用从头计算方法，通过寻找合适的掺杂剂和自由基来设计稳定、有望成功合成的准一维导电铁磁高聚物，这无论是在理论上，还是在应用上都有重要的价值。通过对准一维"Z"型和3(5)-原子环型导电铁磁高聚物的电子结构和磁性质的理论研究，为设计这种新型功能材料提供理论依据和指明方向。

有机导电铁磁高聚物是分子固体领域的一个活跃的方向，是具有重要应用前景的功能高分子材料。在本项目的研究中，通过对带自由基的反式聚乙炔的研究表明：反式聚乙炔的主链格点上出现符号和大小交替变化的π电子自旋极化云，格点间呈现反铁磁相互作用，自由基间的奇数个格点导致了系统的铁磁性基态；当自由基间有三个格点时，系统的磁性最强、最稳定且居里温度最高，这一结论具有较为普遍的意义，对设计有机铁磁材料有指导性的意义。通过第一性原理研究，我们发现尿素晶体的能带具有平带的特性，可以通过电子（空穴）掺杂获得磁性，是一个比较好的掺杂有机磁性基体。我们研究了C、N、O、F、HF、HF2 等多种掺杂剂，发现在尿素中掺入F，有望得到可以合成的有机铁磁性材料，其居里温度约为9.5K。. 对有机晶体及金属有机络合物两类材料的非线性光学性质的研究，我们发现由于“推-拉”基团导致分子间的电荷转移，形成超级电偶极矩，从而产生的非线性光学效应；取代基对二次谐波产生具有积极的贡献，但该作用受到取代基晶体局部对称性的影响。. 半金属磁性材料在半导体自旋器件中有重要的应用，对过渡金属配位分子基铁磁性材料Cu[C(CN)3]2、Mn[C(CN)3]2和Cr[N(CN)2]2的研究表明，该类材料的总磁矩主要来源于过渡金属离子，并且它们均表现出比较明显的半金属性，即使材料的晶格常数发生一定程度的改变，材料依然具有半金属特性。我们还研究了X2YZ型Heusler合金，当X原子的核外电子数少于Y原子的核外电子数时，该X2YZ型合金呈现出CuHg2Ti型结构；Co2MnSb和Ti2CoGe均呈现出半金属性，对Co2MnSb而言，计算得到的自旋磁矩与经典的Slater–Pauling规则非常吻合，然而对Ti2CoGe而言，自旋磁矩需要用新的Mt=Zt-18规则来解释，此外还发现在较宽的晶格常数范围内Ti2CoGe还能呈现半金属性。