Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Thiết kế một số vật liệu từ dựa trên cacbon

Trong luận văn này, dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử và tính chất từ của đơn phân tử C19H11 (R2) đã được thiết kế và nghiên cứu. Phân tử R2 có tổng spin bằng S= 1/2. Tuy nhiên khi chúng kết hợp với nhau để tạo thành dạng cặp phân tử [R2]2 mômen từ tổng cộng của cặp phân tử bằng 0 do liên kết phản sắt từ giữa các phân tử.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Thiết kế một số vật liệu từ dựa trên cacbon ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------- Lê Thị Phương ThảoTHIẾT KẾ MỘT SỐ VẬT LIỆU TỪ DỰA TRÊN CÁC BON LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------- Lê Thị Phương ThảoTHIẾT KẾ MỘT SỐ VẬT LIỆU TỪ DỰA TRÊN CÁC BON Chuyên ngành: Vật Lý Nhiệt Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN ANH TUẤN Hà Nội – Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. NguyễnAnh Tuấn, người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và luôn tạo mọi điều kiện tốtnhất cho em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cô giáo trong bộ mônVật lý Nhiệt Độ Thấp - Khoa Vật lý và các thầy cô giáo Trường Đại học Khoa họcTự nhiên đã tận tình giảng dạy, cung cấp cho em thật nhiều kiến thức để làm hànhtrang trong cuộc sống. Xin chân thành cảm ơn phòng Sau đại học Trường Đại học Khoa học Tựnhiên đã tổ chức đào tạo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gianhọc tập tại trường. Cuối cùng em gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè những ngườiđã đặt niềm tin, giúp đỡ, động viên em học tập trong suốt thời gian qua. Xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày 09 tháng 11 năm 2014 Học viên Lê Thị Phương Thảo MỤC LỤCCác ký hiệu & từ viết tắt ……………………………………………………… iDanh mục hình vẽ ……………………………………………………………... iiDanh mục bảng biểu …………………………………………………………... ivMỞ ĐẦU ………………………………………………………………………. 1Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU TỪ DỰA TRÊN CÁC BON……. 3Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ……………………………….. 122.1. Giới thiệu về lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) …………………………. 12 2.1.1. Bài toán của hệ nhiều hạt ………………………………………….... 13 2.1.2. Ý tưởng ban đầu về DFT: Thomas-Fermi và các mô hình liên quan... 14 2.1.3. Định lý Hohenberg-Kohn thứ nhất ………………………………….. 20 2.1.4. Giới thiệu về orbital và hàm năng lượng Kohn-Sham …………….... 232.2. Phương pháp tính toán …………………………………………………....... 25Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………………………... 273.1. Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử và tính chất từ của phân tử C19H11 (R2). 27 3.1.1. Cấu trúc hình học của đơn phân tử R2 …………………………....... 27 3.1.2. Cấu trúc điện tử và tính chất từ của đơn phân tử C19H11 (R2) …….... 283.2. Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử và tính chất từ của cặp phân tử [R2]2…. 29 3.2.1. Cấu trúc hình học của cặp phân tử [R2]2 …………………………... 29 3.2.2. Cấu trúc điện tử và tính chất từ của cặp phân tử [R2]2 ….…………. 293.3. Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử và tính chất từ của vật liệu dạng xếpchồng (stacks)…………………………………………………………………… 31 3.3.1. Mô hình xếp chồng ………………………………………………….. 31 3.3.2. Cấu trúc hình học của các cấu trúc xếp chồng ……………………... 34 3.3.3. Cấu trúc điện tử và tính chất từ của các cấu trúc xếp chồng………... 36 3.3.4. Tương quan giữa J và d ……………………………………………... 38 3.3.5. Tương quan giữa J và n …………………………………………… 39 3.3.6. Tương quan giữa J và Ea ……………………………………………. 40 3.3.7. Cơ chế tương tác trao đổi trong các cấu trúc xếp chồng……………. 413.4. Đánh giá độ bền của các cấu trúc xếp chồng ……………………………… 433.5. Một vài định hướng cho việc thiết kế vật liệu từ dựa trên các bon ………... 43Chương 4: KẾT LUẬN ……………………………………………………….. 45CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ………………………………………………. 46TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………. 47 Các ký hiệu & từ viết tắt∆n: Lượng điện tích chuyển từ các phân tử từ tính sang phân tử phi từ.AO: Quỹ đạo nguyên tử (Atomic orbital)DFT: Lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density functional theory)E: Tổng năng lượngEa: Ái lực điện tử của phân tử phi từEf: Năng lượng liên kết giữa các phân tử của cấu trúc xếp chồngES: Năng lượng của trạng thái singletET: Năng lượng của trạng thái tripletExc: Năng lượng tương quan trao đổiHOMO: Quỹ đạo phân tử cao nhất bị chiếm (Highest occupied molecular orbital)HS: Spin cao (High spin)J: Tham số tương tác trao đổi hiệu dụngK: Động năngLS: Spin thấp (Low spin)LUMO: Quỹ đạo phân tử thấp nhất không bị chiếm (Lowest unoccupied molecularorbital)m: mômen từMDED: Mật độ biến dạng điện tử (Molecular Deformation Electron Density)MO: quỹ đạo phân tử (Molecular orbital)n: điện tíchS: Tổng spinSOMO: quỹ đạo bị chiếm bởi 1 điện tử i Danh mục hình vẽHình 1.1. Mô tả sự hình thành của các phân tử fullerene C60, ống nano carbon, vàgraphite từ graphene.Hình 1.2. Một số vật liệu đơn phân tử từ tính dựa trên các bon. R1=C13H19,R2=C19H11, R3=C25H13 (Nguyên tử Hydro màu trắng, nguyên tử Các bon màuxám). ...