典型碳分子缺陷系统中自旋极化的电子特性理论研究

In this work, we study the correlation between structural defects which induce p-electron spin-polarization in typical carbon materials with finite sizes. Based on the first-principles theoretical calculations, we explore the spin-polarized electron interactions in the and intermolecular defects so as to develop parameterized methods suitable for systems involving p orbital spin polarization effect, aiming at direct applications in the tight-binding based density functional theory for picosecond-scale dynamics simulation with the changing conditions such as temperature, pressure and particle number. This study could deepen the understanding of the spin polarization effect in molecular systems, and enrich the researches on low-dimensional magnetic functional molecules and spintronics devices, helpful for promoting the development of the electron spintronic theory of related molecules.

本课题研究有限尺寸的典型碳材料分子系统中，能够产生p电子自旋极化效应的结构缺陷之间的量子关联特性。基于量子第一性原理的理论计算，对分子内和分子间缺陷导致的自旋极化电子相互作用形成规律认识，发展适用于p轨道自旋极化效应研究的参数方法，并将其直接应用于紧束缚近似密度泛函理论中，进行随温度、压力及粒子数等条件变化达到皮秒尺度的动力学过程模拟。本研究的开展，会深化对分子系统中自旋极化效应的认识，以及丰富低维磁性功能分子和自旋电子学器件设计的基础研究，并有助于处理相关的分子中电子自旋理论研究一般方法的进展。

在本课题中，我们着重研究了有限尺寸的典型碳材料分子系统中能够产生p电子自旋极化效应的结构缺陷之间量子关联特性。我们基于量子第一性原理的理论计算，对分子内和分子间缺陷导致的自旋极化电子相互作用形成规律认识，发展了适用于p轨道自旋极化效应研究的参数方法，并将其直接应用于紧束缚近似密度泛函理论中，进行随温度等条件变化达到皮秒尺度的动力学过程模拟。本研究的开展及其取得的大量成果，会深化对分子系统中自旋极化效应的认识，以及丰富低维磁性功能分子和自旋电子学器件设计的基础研究，并有助于处理相关的分子中电子自旋理论研究一般方法的进展。从项目获得至今，已发表标注此项目资助的SCI检索期刊论文43篇，影响因子大于7.0的6篇，影响因子大于3.0的28篇。参加学术会议并做相应学术报告53人次。发表标注本项目资助的论文主要包括： Nano Reaserch 3篇，Nanoscale 3篇，Carbon 1篇，J. Mater. Chem. C 1篇，Sci.Rep. 3篇等，另包括受邀综述2篇。有2篇论文被国际国内新闻媒体进行了转载报道。还有多篇论文在投。我们已经圆满完成了基金项目的所有目标。这里还要着重指出的是，根据我们本项目申请时的计划：在项目实施的4 年时间内，将在相关研究领域（SCI检索期刊）发表不低于10 篇的学术研究论文（其中不少于5 篇发表在影响因子大于3.0 的杂志上），项目组参加包括全国原子与分子物理学术会议、中国物理学会秋季物理会议等相关学术会议，并做会议报告不少于3 次。而通过4年的努力，我们已约4倍实现了本项目四年研究的考核定量指标。未来，我们将会更加扩展研究的范畴，力争取得更多的亮点成果。真诚地感谢基金委的资助！