准一维非共线磁性链的理论研究

新型低维磁性材料对开发具有特殊功能的磁性纳米器件具有重要的科学意义。本项目拟利用密度泛函理论设计四种代表性准一维非共线磁性链并研究其稳定性、物理和化学性质，包括4d过渡金属单原子链、4d过渡金属和杂环有机化合物构成的分子链、非共线磁性团簇组装成的分子链以及单层石墨烯纳米带设计成的磁性链。探索前三类非共线磁性体系中可能产生的派尔斯相变，研究"二聚化"现象对体系的非共线磁性和电学性质的影响、非共线磁性体系中的金属-绝缘相变行为；对于石墨烯纳米带，则重点探索其中由拓扑缺陷和空位引入的"不含过渡金属"的非共线磁性，把对石墨烯纳米带的磁性研究拓展到非共线磁性范围。最后，对几类非共线磁性链稳定性的比较研究旨在为实验合成高稳定性产品提供理论依据。本项目从理论上为设计具有实用价值的磁性纳米器件提供了新思路和新途径，具有重要的学术意义。

利用密度泛函理论，本课题研究了几种零维、准一维和一维体系的几何结构、电子结构、共线或非共线磁性以及其自旋相关的量子输运性质。我们仔细讨论了在低维体系中可能出现的磁序和磁性相变，而对于自旋相关的量子输运性质的研究则为这些体系的潜在应用价值提供了理论依据。.(1) 零维过渡金属团簇和一维金属链的磁序。我们首先对所有4d过渡金属原子链进行了深入的探讨，并确认了一维Y和Pd的基态分子链具有非共线磁性。同时也研究了小尺寸团簇(FeCr)n的非共线磁性。发现了这两类体系中由于维度的不同，非共线磁性物理机制不同。.(2) 准一维三明治团簇和一维三明治分子链。系统研究了不同有机或是无机配体组装的三明治团簇和三明治分子链。讨论了不同三明治体系的构型、热力学和动力学稳定性、磁性以及量子输运性质。结果表明对于不同的三明治结构团簇，其基态磁序具有不同的特点。并且体系具有依赖于尺寸的自旋过滤性质、巨磁电阻以及负微分电阻效应。对于分子链，发现依赖于配体和过渡金属原子，分子链可能是铁磁半导体或半金属。.(3) 内嵌过渡金属原子的一维金纳米管的物理和化学性质。讨论了此类体系的磁性，特别是磁晶各向异性能。.(4) 一维石墨烯纳米带的磁性。讨论了对于吸附不同尺寸团簇，对体系磁学性质和电学性质的影响，发现了新的一维铁磁半导体或半金属。. 在此基金（11104199）的资助下，通过上述的研究，出版专著1部，发表期刊学术论文19篇，其中SCI收录18篇,培养硕士生3名。