【正文】 13 致謝 光陰荏苒，大學(xué)的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，四年的學(xué)習(xí)生活使我受益匪淺。 計(jì)算結(jié)果與分析表明： (1) 沉積體系的自旋磁矩和軌道磁矩相比自由團(tuán)簇都有較大幅度的提高，且都隨團(tuán)簇尺寸的增加而減小。雖然基底原子的誘導(dǎo)磁矩有著相同的規(guī)律，但是吸附原子卻不是如此。然而同樣的規(guī)律對 Ptn吸附在 Ni 表面時(shí)卻不適用。 在進(jìn)行最優(yōu)結(jié)構(gòu)計(jì)算之前，我們也探索了 Co， Pt， CoPt 團(tuán)簇分子分別在頂位與橋位上的吸附情況，結(jié)果跟我們所預(yù)測的一樣，團(tuán)簇分子吸附在面心位置時(shí)能量最低結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，很好地表明了它們成多鍵的傾向。圖中藍(lán)色 (淺灰色 )代表奇數(shù)層的 Ni 原子，棕色 (深灰色 )代表偶數(shù)層的 Ni 原子。如果要考慮自旋軌道耦合（ SOC），磁 各向異性能就等于兩個(gè)獨(dú)立磁化方向 δ 和 γ之間的能量差，即： △ Eδγ=EδEγ。該程序包采用平面波展開，映射綴加波勢（ projector augmentedwave potentials， PAW）以及 PBE 梯度近似 [14]交換關(guān)聯(lián)式，同時(shí)考慮電子的自旋和軌道磁矩。近些年把非局域修正引入局域密度近似，使得密度泛函方法預(yù)測分子的幾何結(jié)構(gòu)更為可靠。為獲得具有較大單軸 MAE的鐵磁性合金團(tuán)簇，有必要對不同結(jié)構(gòu)和不同尺寸Fe/Co/Ni團(tuán)簇展開多個(gè) Pt原子摻雜 (或包裹 )的系統(tǒng)研究。 本文重點(diǎn)研究內(nèi)容 針對團(tuán)簇 MAE的研究進(jìn)展，并結(jié)合我們對過渡金屬團(tuán)簇磁性和 MAE研究的前期工作，我們認(rèn)為還存在下述具體問題有待進(jìn)一步研究： (1) 解釋實(shí)驗(yàn)測量并揭示其內(nèi)涵。特別是， 20xx年Glaser等人測量了沉積在 Ni表面上的 CoPt合金小團(tuán)簇 (n5)的磁性，發(fā)現(xiàn) Pt成份的引入可以極大增強(qiáng) Co團(tuán)簇的軌道磁矩，沉積后的 CoPt團(tuán)簇的軌道磁矩要比自由 Co團(tuán)簇或 CoPt團(tuán)簇的值大很多倍，而且體系的自旋和軌道磁矩值 “反常地 ”隨團(tuán)簇尺寸的增大而增大 [7]。 以鐵磁性元素 Co所形成的多維材料 MAE的研究為例：當(dāng)體系從 3維 →2 維 →1 維的轉(zhuǎn)變過程中， Co原子的 MAE發(fā)生了從 meV→ meV→ meV 的轉(zhuǎn)變。過渡金屬團(tuán)簇具有的這些磁特征為高密度磁存儲(chǔ)創(chuàng)造了條件，最有潛力成為21世紀(jì)占主導(dǎo)地位的磁記錄材料。過渡金屬團(tuán)簇具有的這些磁特征為高密度磁存儲(chǔ)創(chuàng)造了有利條件 [3]，最有潛力成為 21 世紀(jì)占主導(dǎo)地位的磁記錄材料。 CoPt合金團(tuán)簇的研究，為制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、磁性強(qiáng)度高、單軸各向異性能大的二元混合合金團(tuán)簇提供了前期的理論基礎(chǔ)，為進(jìn)一步開發(fā)具有高密度信息儲(chǔ)存材料提供了 有利 指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞 ： CoPt 團(tuán)簇；密度泛函理論；磁各向異性能；磁性 Morphology and magism of small sizeselected Co, Pt and CoPt clusters supported on Ni(100) substrate HE Jin School of Physical Science and Technology, Southwest University, Chongqing 400715, China Abstract: The spinorbit coupling based DensityFunctional Theory has been used to investigate the structural and magic properties of ConPtm clusters which are deposited on the Ni(100) substrate. By paring the structural configurations, spin moments, orbital moments, and magic anisotropy energies (MAE) of free ConPtm clusters and deposited ConPtm clusters, one obtains the geometrical evolutions and the preferred deposited sites. In addition, one underlines the mechanism of Ni substrate to induce the magic moments on CoPt clusters. Typically, it is interestingly found that the magic moment and MAE of deposited CoPt clusters are generally larger than that of corresponding free clusters. One predicts that the ideal larger CoPt nanoclusters can be obtained by adjusting the deposited sites, ponent, and size of CoPt clusters. This finding helps us to synthesize the magic clusters, which have high stability, high magic moment, as well as large uniaxial MAE. Key words: CoPt Cluster。 過渡金屬團(tuán)簇的優(yōu)越性 作為尺寸介于宏觀與微觀的新型體系，團(tuán)簇具有許多獨(dú)特的性質(zhì)。實(shí)際上，人們在研發(fā)各種磁記錄材料的過程中，關(guān)鍵3 在于提高磁記錄材料的面記錄密度。依照 Co原子MAE的大小隨體系維度的降低而大幅增強(qiáng)的變化規(guī)律，我們?nèi)菀淄茰y在 0維體系 (團(tuán)簇 )中 Co原子的 MAE應(yīng)比 3維塊體的值高 3個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而且磁性體系 MAE的大小隨體系維度的降低而升高的趨勢具更廣的普適性。 通常情況下，為獲得具有足夠高磁性強(qiáng)度又具有較高 MAE的納米團(tuán)簇，最有效的手段就是對 Fe/Co/Ni等強(qiáng)磁性團(tuán)簇進(jìn)行 MAE的誘導(dǎo)，從而發(fā)展高 MAE的強(qiáng)磁性團(tuán)簇材料。近期人們對 Pt基二元硬磁合金團(tuán)簇開展 了廣泛的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了很多有趣現(xiàn)象并積累了大量的測量數(shù)據(jù)，如 CoPt團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)、自旋磁矩、軌道磁矩、以及 MAE等。 (3) 電子結(jié)構(gòu)層面上分析 MAE的來源。 文中所有計(jì)算均在 Materials Studio 軟件包的 DMol3 模塊和 VASP 軟件模塊中完成，計(jì)算采用 DFT( GGA/ PBE) 方法。使用周期性邊界條件，平面波動(dòng)能截?cái)酁?350eV。對于初始磁化方向的選取遵守下面兩個(gè)原則 [17]： ，其中的一個(gè)方向平行于其中一個(gè)基面，另一個(gè)方向垂直于該基面，第三個(gè)方向沿結(jié)構(gòu)中的一個(gè)鍵長方向。 圖 1 Ni(100)表面模型 圖 2 Ni(100)表 面各吸附位 Fig 1. Structural Model of Ni (100) surface. Fig 2. Adsorption sites of Ni (100) surface. 7 在對團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)我們做了兩種測試： (1)對 Co、 Pt 都不設(shè)置初始自旋磁矩，然后對整個(gè)提醒進(jìn)行自旋非限制性的全局優(yōu)化，這種設(shè)置一般會(huì)獲得基態(tài)磁矩，除非激發(fā)態(tài)和基態(tài)的磁矩所對應(yīng)的能量差很?。?(2)對 Co、 Pt 原子分別設(shè)置 3μB、 1μB的初始自旋磁矩，這種設(shè)置一般會(huì)在初始設(shè)置的磁矩附件進(jìn)行搜索，從 而獲得基態(tài)磁矩。 自旋磁矩 圖 4 自旋磁矩分析圖 . Local spin magic moments of Co and Pt clusters on Ni surface. 上圖表示的是團(tuán)簇與基底混合結(jié)構(gòu)中各原子的自旋磁矩的大小和方向。對比第二行， Pt Pt Pt3吸附在 Ni 表面混合結(jié)構(gòu)中 Pt 原子的自旋磁矩依次為 ,，呈一定的遞增趨勢，即 Ptn吸附在 Ni 表面時(shí)，隨著吸附 Pt 原子個(gè)數(shù)的增加， Pt 原子的自旋磁矩單調(diào)遞增。分析第一行 Co Co Co3吸附在 Ni 表面時(shí) Co 原子的軌道磁矩依次為,，即對 Co 吸附在 Ni 表面混合結(jié)構(gòu)隨著吸附Co 原子個(gè) 數(shù)的增多， Co 原子的軌道磁矩單調(diào)遞減。 (2)在 Co 團(tuán)簇中摻雜 Pt 原子會(huì)提高體系的MAE(增加 5meV)，這主要是由于 Pt 原子較強(qiáng)的自旋 軌道耦合作用對 Co 原子有較大的影響，這也暗示著對鐵磁性團(tuán)簇進(jìn)行 Pt 成分的摻雜可以有效的提高磁性團(tuán)簇的 MAE。經(jīng)歷半年時(shí)間的磨礪，畢業(yè)論文終于完稿，回首半年來收集、整理、思索、停滯、修改直至最終完成的過程，我得到了許多的關(guān)懷和幫助，現(xiàn)在要向他們表達(dá)我最誠摯的謝意。最后感謝生我養(yǎng)我的父母，陪伴我一路成長給了我很多的支持與意見。 2. 20xx 年 3 月到 4 月中旬，完成論文初稿，并交給知 道老師修改。因此，探索和發(fā)展具有高 MAE 的鐵磁性團(tuán)簇，調(diào)控它們的 磁性和 MAE 對發(fā)展新型磁記錄材料有重要意義，國內(nèi)外都投入了大量的人力和物力，參加到實(shí)驗(yàn)和理論研究的競爭中來。 （ 3）在不同的構(gòu)型情況下，計(jì)算各個(gè)體系的結(jié)構(gòu)常數(shù)、自旋磁