介绍新书《物质结构──从蓝天到塑料》

《物质结构─—从蓝天到塑料》是一本浅近易懂的材料科学普及书籍.作者─—[法]A·纪尼叶(A.Guinier)是国际著名的X射线晶体学专家.此书中译本已由科学出版社出版. 《物质结构》全书共分十章:一、结构模型的基本组成;二、物质的两种状态;三、理想气体;四、晶体;五、真实晶体的结构;六、从晶体到结晶固体;七、纯液体、混合液体、溶液;八、非晶态固体;九、有序与无序之间;十、复合材料、悬浮液和胶体溶液. 本书前三章具有引论的性质,逐步引入了无序态、有序态,并以理想气体为例,说明了无序的典型性质,用它来说明一个好模型的价值.接下来的第…     

过渡金属(Cr,Mn,Fe,Co)掺杂对TiO_2磁性影响的第一性原理研究

关于过渡金属掺杂TiO_2是否会产生室温铁磁性及其磁性的来源存在争议,为了解决此问题,本文采用基于密度泛函理论下的GGA+U方法对体系Ti_(0.875)X_(0.125)O_2 (X=Cr,Mn,Fe,Co)的磁学性质及光学性质进行了第一性原理的研究.首先计算了铁磁和反铁磁的基态能量,比较后推测出铁磁态为它们的基态;分析能带结构发现Ti_(0.875)Cr_(0.125)O_2和Ti0.875Mn_(0.125)O_2两种体系保持半导体性质,Ti_(0.875)Fe_(0.125)O_2和Ti_(0.875)Co_(0.125)O_2两种体系表现金属特性;掺杂体系都产生了室温铁磁性,磁性来源主要是过渡金属元素(Cr,Mn,Fe,Co)3d电子轨道诱导极化了周围的O-2p态自旋电子,导致体系产生净磁矩而呈现铁磁性;掺杂体系的吸收光谱均发生了红移,有效扩展了对可见光的吸收范围.     

Ru掺杂对闪锌矿ZnO磁光机理的影响

采用第一性原理方法,计算了Ru掺杂量为3.125 mt%—9.375 mt%范围内闪锌矿ZnO的电子结构、磁性参数和光学性质.计算结果表明,Ru掺杂量越高,体系的形成能越低,掺杂越容易,体系稳定性越高. Ru掺杂量为3.125 mt%时,体系表现出铁磁性;Ru掺杂量为6.25 mt%时,Ru-Ru间距为0.5671 nm的体系表现出铁磁性,Ru-Ru间距为0.4630 nm的体系表现出反铁磁性;Ru掺杂量为9.375 mt%时,体系表现出亚铁磁性.铁磁性系统的Ru-4d态在费米能级附近发生了明显的自旋劈裂效应,磁矩主要来源于Ru-4d态和O-2p态.上述特性说明,通过控制Ru在ZnO中的掺杂方式以及浓度,可以实现体系磁性的转变.在红外和远红外区域,掺杂对光学性质有较为显著的影响,各个掺杂方式均使该区域的吸收系数和反射率显著增大.这表明Ru掺杂闪锌矿ZnO可应用于磁、光一体的半导体材料.     

磁学发展简述

一、磁性的意义和分类 所渭磁性,从广义上讲,是指物体在不均匀磁场中受力的性质。由受力的强弱又分为强磁性和弱磁性。一般常把强磁性称为磁性(狭义)或铁磁性,而不恰当地把弱磁性称为“无磁性”或“非磁性”。弱磁性又分为抗磁性和顺磁性。在不均匀磁场中物体沿磁场减弱方向受力的性质称为抗磁性,这是一切物体都具有的性质,但有时为其它更强的磁性所掩盖;如水、铜和绝大多数有机分子和生物大分子都是抗磁性物质。在不均匀磁场中,物质沿磁场增强方向受力的性质称为顺磁性,如铝、氧化和未氧化的血红蛋白都是顺磁性物质。在不均匀性磁场中,物体沿磁场增强方向受力且比顺磁性强几万甚至几百万倍以上的性质称为强磁性,一般常称为铁磁性。强磁性是由于物体中磁性原子的磁矩,在一定条件下受一种强的相互作用而排列有序时产生的。根据磁有序类型的不同,又分为铁磁性(原子磁矩平行排列)、亚铁磁性(两类或更多种大小不同的磁矩反平行排列)和其它更为复杂的磁有序性:但如果磁有序的原子磁矩互相抵消,则不显强磁性,称为反铁磁性。常见的铁磁性物质有铁、钴、镍及其一些合金和化合物;常见的亚铁磁性物质有磁铁矿和多种铁氧体材料;FeO、CoO、NiO则是反铁磁物质。研究广义     

γ相亚稳态Mn的制备和研究

过渡金属及其合金的磁性是一个长期存在争议的问题。同种元素但晶体结构不同的材料具有不同的原子间距和势场对称性,因而可能会造成电子态和磁性方面的差别.制备同一磁性金属的多种亚稳态结构,并对其电子态和磁性进行研究,有助于加深人们对金属磁性的理解,具有重要的理论意义. 金属Mn具有多种单晶结构.室温下体单晶的稳定结构(α相)是复杂立方结构(A12),它在温度低于100K时具有反铁磁性.β相Mn是存在于高温下的另一种复杂立方结构(A13),通过高温淬火可以获得它在室温下的亚稳态相,一般认为β相Mn不具有磁有序结构.γ相和δ相Mn分别具有面…     

应变作用下EuTiO_3材料磁性的格林函数理论研究

基于自旋波和格林函数理论,研究了低温下二维应变诱导的EuTiO_3在铁电四方相下的磁性性质,主要讨论了在铁电四方相下Eu离子在铁磁性和反铁磁性有序时系统沿不同高对称性方向的自旋波散射和磁化.我们发现施加外加应变不仅可改变晶格结构的对称性,还可以通过改变电子自旋之间的交换耦合作用,进而改变该材料的磁性散射和磁化等.     

双层钙钛矿锰氧化物Nd_(2-2x)Ca_(1+2x)Mn_2O_7(x=0.4,0.5)的磁相变特性

利用固相反应法制备了Nd2-2x Ca1+2x Mn2O7(x=0.0-0.9)多晶样品,通过FULLPROF程序对样品X射线衍射图谱进行了精修,样品的空间群为14/mmm.测量了样品x=0.4,0.5的磁性(5K相似文献   

自旋玻璃的实验和理论综述

材料的磁性可以许多形式(如铁磁性、顺磁性、反铁磁性、逆磁性等)存在.至今,还没有一个统一的理论能解释物质的各种磁性,也不能认为人们对磁性的各种形式都已了解清楚.人们对磁性的认识仍在不断发展之中. 1972年,V.Cannella和J.A.Mydosh[1]首先在Au1-xFex(x<15%)中观察到自旋玻     

C、N、O掺杂CuBr和CuCl的电子结构和磁性的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论(DFT)结合广义梯度近似(GGA),采用第一性原理的平面波赝势方法,探究非磁性sp元素(C、N和O)掺杂卤化物(Cu Cl和Cu Br)是否能诱导产生半金属铁磁性.通过计算体系总能量、能带、态密度和分态密度,分析了非磁性元素掺杂卤化物体系的电子结构和磁性;通过对材料加压,给出了体系铁磁性随压强变化的趋势并作了分析.最后计算显示,O和N掺杂能诱导Cu Cl产生稳定的半金属铁磁性,随着压强的增大Cu Cl0.75N0.25和Cu Cl0.75O0.25的铁磁性减弱最终发生磁相变由铁磁态(FM)转变为非铁磁态(NM).     

(Fe1-xNix)2P电子结构与磁学特性的X射线近边吸收谱研究

利用X射线近边吸收谱对Fe2P,Ni2P及其掺杂物(Fe1-xNix)2P(x=0.1,0.25,0.5)中Fe,Ni,P的K边进行了研究.结合多重散射理论近边计算,讨论了金属原子不同位置格点3f,3g对近边谱特征的贡献,得出当Ni原子取代Fe原子时将优先占据Fe(3f)格点位置;根据第一性原理对能态的计算发现,不考虑磁性时不同格点P的pDOS未占据态电子结构与P-K近边吸收谱实验相符合;与考虑铁磁性Fe2P的DOS相比较后结果显示Fe2P的磁性主要来源于Fe(3g)格点,铁磁性Ni2P计算的Ni不同格点原子磁矩均接近于0,与它一般显顺磁性结论相一致.     

二氧化铈基稀磁氧化物的第一性原理研究

基于第一性原理的计算方法研究了纯CeO_2、Co掺杂CeO_2和同时引入氧空位Vo和Co掺杂的CeO_2稀磁半导体体系.通过计算体系的能带结构和态密度,探讨了该体系磁性产生的机制.计算发现,纯CeO_2体系不具有磁性;没有氧空位Vo的Co掺杂CeO_2体系中,Co离子之间通过O原子发生超交换反铁磁耦合,体系无铁磁性;当氧空位Vo和Co离子同时存在于CeO_2体系中时,Co离子之间通过氧空位Vo发生铁磁耦合,该体系表现出铁磁性能.另外,由氧空位Vo诱导的Co离子之间的铁磁耦合不仅发生在紧邻的两个Co离子,而且可以扩展到几个原子距离的长度.计算结果证明了氧空位Vo诱导铁磁性耦合机制.本文工作将为CeO_2基稀磁半导体体系制备与磁学性质的研究提供支持.     

Ge纳米结构的形貌与铁磁性研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了厚度不同的Ge薄膜, 随着样品厚度的减小, 样品表现出了室温铁磁性. 厚度为12 nm样品经过300 ℃退火后, 由于颗粒细化, 颗粒之间的界面增加, 界面缺陷增加, 样品表现出最大的铁磁性 (50 emu/cm³). 场冷却和零场冷却曲线测试表明居里温度约为350 K. 进行600 ℃退火后, 颗粒团聚, 样品的铁磁性最小. 当样品厚度进一步减小为6 nm时, 沉积态样品表现出铁磁性和顺磁性共存. 对6 nm厚的样品进行300 ℃退火后, 样品只具有铁磁性. 进行600 ℃退火后, 样品却只具有顺磁性. 12 nm 和6 nm 厚的Ge纳米结构薄膜随退火温度变化表现出不同的磁性规律, 我们认为是由于样品的颗粒大小和颗粒分布不同造成的. 样品越薄, Si基底与Ge薄膜之间的界面缺陷越明显, 界面缺陷以及Ge颗粒之间的界面缺陷为样品提供了未配对电子, 未配对电子的铁磁性耦合强度与样品颗粒的分布以及颗粒之间的结合有一定的关系. 颗粒之间分散或颗粒之间的融合程度大都将会降低样品的铁磁性.     

强磁场诱导的生长对聚(3-己基噻吩):富勒烯复合薄膜室温铁磁性的影响

聚(3-己基噻吩)(P3HT)与富勒烯(C_(60))(或其衍生物)形成的有机复合薄膜(P3HT:C_(60))具有室温铁磁性,但如何进一步提高其磁性能以及探究薄膜结构和磁性质的联系尚未见报道.本文采用强磁场下的溶液相沉积方法制备P3HT:C_(60)薄膜,并利用超导量子干涉磁强计、电子自旋共振谱和紫外-可见光吸收谱,研究了强磁场诱导对薄膜铁磁性和微结构的影响.发现其室温铁磁性有显著提高,饱和磁化强度较未加磁场生长的样品增大一个数量级,并且显示较高的居里温度(大于400K).薄膜结构分析发现,强磁场诱导引起P3HT分子链间堆积有序增强和结晶度的提高.这将增强体异质结薄膜内P3HT分子与C_(60)分子间的电荷转移,因而可能是P3HT:C_(60)薄膜室温铁磁性增强的一个重要原因.     

三角形石墨烯量子点阵列的磁电子学特性和磁输运性质

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了三角形石墨烯纳米片用不同连接方式拼接而成的四种一维量子点阵列(1D QDAs)的磁电子学性质和磁输运性质.结合能计算表明所有1D QDAs是非常稳定的.特别是研究发现1D QDAs的电子和磁性质不仅依赖于磁性态,也明显依赖于连接方式,如在无磁态时,不同量子点阵列(QDAs)可为金属或窄带隙半导体.在铁磁态时,不同QDAs能为半金属(half-metal)或带隙不同的双极化磁性半导体.而在反铁磁态时,不同QDAs为带隙不等的半导体.这些结果意味着连接方式对有效调控纳米结构电子和磁性质扮演重要的角色.1D QDAs呈现的半金属或双极化磁性半导体性质对于发展磁器件是非常重要的,而这些性质未曾在本征石墨烯纳米带中出现.同时,我们也研究了一种阵列的磁器件特性,发现其拥有完美的(100%)单或双自旋过滤效应,尤其是呈现超过109%的巨磁阻效应.     

Mn/C共掺杂ZnS纳米管磁性质研究

采用第一性原理密度泛函理论系统地研究Mn原子单掺杂和双掺杂ZnS纳米管的结构、电子性质和磁性质.掺杂纳米管的形成能比纯纳米管形成能更低,表明掺杂是个放热过程.掺杂纳米管的能隙远小于纯纳米管能隙.计算结果表明Mn掺杂纳米管趋于反铁磁态.为了获得室温铁磁性,用一个C原子替代一个S原子.发现铁磁态能量比反铁磁态能量低0.454 eV.如此大的能量差表明这类材料中有可能获得室温铁磁性.     

氧气分压对TiO2薄膜结构、磁性及输运性质的影响

采用脉冲激光沉积技术在LaAlO_3(100)基片上制备了TiO_2薄膜,研究了氧气分压对薄膜结构、磁性与输运性质的影响.结构测量表明,TiO_2薄膜的结构与沉积过程中的氧气分压有关,氧气分压的增大有利于薄膜向锐钛矿相转变.磁性测量表明,在较高的氧气分压下制备的TiO_2薄膜表现为顺磁性,在较低氧气分压下制备的TiO_2薄膜表现出明显的室温铁磁性,其铁磁性与氧空位有密切关系.输运测量进一步表明,TiO_2薄膜表现为半导体导电特性,在具有铁磁性的薄膜中还观察到了低温磁电阻效应.     

Mn/C共掺杂ZnS纳米管磁性质研究（英文）

采用第一性原理密度泛函理论系统地研究Mn原子单掺杂和双掺杂ZnS纳米管的结构、电子性质和磁性质.掺杂纳米管的形成能比纯纳米管形成能更低,表明掺杂是个放热过程.掺杂纳米管的能隙远小于纯纳米管能隙.计算结果表明Mn掺杂纳米管趋于反铁磁态.为了获得室温铁磁性,用一个C原子替代一个S原子.发现铁磁态能量比反铁磁态能量低0.454 e V.如此大的能量差表明这类材料中有可能获得室温铁磁性.     

磁性物质中冷无序能的作用

在研究物质的磁性时,考虑了电子之间的正交换能(A1>0,导致电子自旋平行排列)和负交换能(A2<0,导致电子自旋反平行排列)两项各自的物理作用,不是简单地只以它们的代数和为判据.提出冷无序能的概念:当A1>|A2|(A=A1-|A2|>0)时,A1为有序能,A2为冷无序能;当A1<|A2|(A<0)时,A2为有序能,A1为冷无序能.物质的磁性决定于热运动能、有序能以及冷无序能之间的竞争.考虑了冷无序能导致“冷无序”的物理功能,将冷无序能变换为等效温度,在统计物理的框架内处理了铁磁性、反铁磁性转变和自旋玻璃冻结问题.A2=0的体系具有Weiss铁磁性,|A2|A1=1的体系表现自旋玻璃磁性,1>|A2|A1>0的体系同时具有铁磁性和自旋玻璃磁性,1>A1|A2|>0的体系同时具有反铁磁性和自旋玻璃磁性. 关键词： 交换能 冷无序能 铁磁性 反铁磁性 自旋玻璃     

最新科技动态

第一种纯碳磁体:碳纳米海绵碳纳米海绵是几年前发现的第五种稳定碳结构(其他4种是石墨、钻石、C60和碳纳米管),已知最轻的固体之一,其比重仅 2mg/cm3.在 2004 年3月份美国物理学会的会议上,科学家声称这种海绵是铁磁体,当然,它还是一种半导体,这种铁磁性半导体对于设计应用器件是非常有吸引力的.研究者通过分析海绵的微结构发现它是七角形,即 7 个角、7 个棱的多面体,具有未配对电子———不成键且具有磁矩———导致磁性.他们预言这种新磁性可推广到由另外两种非磁性元素:硼和氮组成的纳米化合物上.(Nature 2004.9)X射线电影科学家最…     

N掺杂钛酸盐的电子结构和磁性研究

基于密度泛函理论,从头计算了N掺杂立方结构钛酸盐的电子结构和磁学性质.结果表明,N掺杂钛酸盐在自旋极化状态下的总能量比自旋非极化状态下的总能量小,说明N掺杂钛酸盐的基态具有铁磁性.从态密度和自旋密度分析可知,其磁性源于掺杂的N 2p电子和价带顶O 2p电子间的p-p耦合作用. 关键词： 钛酸盐 电子结构 磁学性质