【文章內(nèi)容簡介】 為可靠。 文中所有計算均在 Materials Studio 軟件包的 DMol3 模塊和 VASP 軟件模塊中完成，計算采用 DFT( GGA/ PBE) 方法。利用 DMol3的效率來 確定團簇的最低能量結構，同時利用 VASP 的精度來計算相關磁學性質(zhì)。對 CoPt 團簇的幾何構型計算中使用了DMol 模塊，采用的是密度泛函理論框架下的第一性原理數(shù)值方法 [8,9]，并采用了廣義梯度近似（ GGA）下的 PerdewWang91 (PW91)交換關聯(lián)勢 [10,11]。在雙數(shù)值極化基組（ DNP）的基礎上，用了自旋非限制性計算 [12]。優(yōu)化過程中收斂標準設置如下：能量梯度為 110?5 eV/197。，總能收斂為 110?6eV。另外計算基于密度泛函理論的第一性原理平面波法，使用的程序包是 Vienna ab initio simulation program (VASP)[13]。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]交換關聯(lián)式，同時考慮電子的自旋和軌道磁矩。使用周期性邊界條件，平面波動能截斷為 350eV。電子自洽循環(huán)的能量收斂判據(jù)是 110?6eV 。同時為了提高自洽 KohnSham 方程的收斂6 性，布里淵區(qū)的積分已經(jīng)通過 MP 方法 [15]被限定在一個 331 展寬為 的 k 網(wǎng)格點中。當然，在本研究 中，這兩種方法都是用來得到我們理想的結果，其中包括 CoPt團簇在 Ni（ 100）面吸附的最穩(wěn)定結構和一些磁性性質(zhì)，如自旋磁矩，軌道磁矩和磁各向異性能。 磁各向異性能定義為飽和磁化強度矢量在鐵磁體中取不同方向而改變的能量。即沿鐵磁體的難、易磁化軸磁化時所需要的磁化能的大小是不同的，在易磁化方向需要的磁化能最小，難磁化方向需要的磁化能最大，這種與磁化方向有關的能量稱為磁各向異性能。由于能量并非取決于自旋磁矩，所以在不考慮自旋軌道耦合（ SOC）的情況下就不去定義磁化軸 [16]。如果要考慮自旋軌道耦合（ SOC），磁 各向異性能就等于兩個獨立磁化方向 δ 和 γ之間的能量差，即： △ Eδγ=EδEγ。對于初始磁化方向的選取遵守下面兩個原則 [17]： ，其中的一個方向平行于其中一個基面，另一個方向垂直于該基面，第三個方向沿結構中的一個鍵長方向。 和平行于支撐面。 表面模型 本文選取 (33)超晶胞的 Ni(100)五層平板模型來研究 CoPt 在 Ni(100)表面的吸附，圖 1 給出了金屬 Ni( 100) 的晶胞模型。在能量計算之前，已經(jīng)將團簇與基底的混合結構進行了結構優(yōu)化。對比 初始 Ni（ 100）表面，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的 Ni（ 100）表面的弛豫只改變了 %，因此為了減少計算量，在結構優(yōu)化過程中我們將下面兩層原子固定。對于清潔 Ni 表面模型，每一層有 16個 Ni 原子。 Ni(100)表面的吸附位置有 3種：頂位 (top)、橋位 (bridge)和面心立方穴位 (fcc),如圖 2 所示。圖中藍色 (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。 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 在對團簇的幾何結構優(yōu)化時我們做了兩種測試： (1)對 Co、 Pt 都不設置初始自旋磁矩，然后對整個提醒進行自旋非限制性的全局優(yōu)化，這種設置一般會獲得基態(tài)磁矩，除非激發(fā)態(tài)和基態(tài)的磁矩所對應的能量差很?。?(2)對 Co、 Pt 原子分別設置 3μB、 1μB的初始自旋磁矩，這種設置一般會在初始設置的磁矩附件進行搜索，從 而獲得基態(tài)磁矩。結果顯示，兩種設置方法輸出了幾乎相同的自旋磁矩，但設置初始自旋磁矩之后，計算量有一定的減小，因此在接下來的自旋軌道耦合（ SOC）計算中 ,給 Co 原子設置 3μB的初始自旋磁矩，給 Pt 原子設置 1μB的初始自旋磁矩。 3 結果與討論 團簇與基底結構的幾何構型 圖 3 Co, Pt, CoPt 在 Ni(100)表面的最低吸附能量結構 (俯視圖 ) Fig. 3. The lowest energy sites for Co, Pt and CoPt clusters supported on Ni(100). 8 圖 3 給出了 Co， Pt， CoPt 團簇在 Ni(100)表面吸附能量最低結構圖（俯視）。圖中黃色小球代表 Ni 原子，淺藍色小球代表 Co 原子，深藍色小球代表 Pt 原子。藍色數(shù)字表示兩個相鄰吸附原子之間的鍵長，黑色數(shù)字表示吸附原子與基底原子間的鍵長。第一排依次表示 Co1,Co2,Co3團簇吸附在 Ni 表面，第二排依次表示 Pt1， Pt2, Pt3團簇吸附在Ni 表面，第三排依次表示 CoPt, Co1Pt2, Co2Pt1團簇吸附在 Ni 表面。 由 Co， Pt 原子的最外層電子軌道排布可知，兩種原子都傾向于成多鍵。 在進行最優(yōu)結構計算之前，我們也探索了 Co， Pt， CoPt 團簇分子分別在頂位與橋位上的吸附情況，結果跟我們所預測的一樣，團簇分子吸附在面心位置時能量最低結構最穩(wěn)定，很好地表明了它們成多鍵的傾向。 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. 上圖表示的是團簇與基底混合結構中各原子的自旋磁矩的大小和方向。其中白色小球表示 Ni 原子，黃色小球表 示 Co 原子，綠色小球表示 Pt原子， Co、 Pt上面的數(shù)字表 9 示各原子的自旋磁矩， Ni 原子上面的數(shù)字表示它的誘導磁矩。通過觀察我們發(fā)現(xiàn) Co 吸附在 Ni 表面混合結構和 Pt吸附在 Ni 表面混合結構中 Ni 原子的誘導磁矩有很大的不同。Con團簇吸附在 Ni 表面時基底 Ni 原子的誘導磁矩大多為負，最大正值也只有 。而 Ptn團簇吸附在 Ni 表面時 Ni 原子的誘導磁矩與 Con團簇吸附相對比，其值要大很多，它們多為正值，而且最高可達 。不僅基底原子的誘導磁矩存在很大差異，吸附原子 Co 和 Pt 的自旋磁矩滿足的規(guī)律也不相同 。對比第一行， Co Co Co3吸附在 Ni表面混合結構中 Co原子的自旋磁矩依次為 , , ，即 Con吸附在 Ni 表面時，隨著吸附 Co 原子個數(shù)的增加，其自旋磁矩單調(diào)遞減。然而同樣的規(guī)律對 Ptn吸附在 Ni 表面時卻不適用。對比第二行， Pt Pt Pt3吸附在 Ni 表面混合結構中 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，隨著吸附 Pt 原子個數(shù)的增加， Pt 原子的自旋磁矩單調(diào)遞增。 軌道磁矩 圖 5 軌道磁矩分析圖 . Local orbital magic moments of Co and Pt clusters on Ni surface. 10 圖 5 表示的是團簇與基底混合結構中各原子的軌道磁矩。其中白色小球表示 Ni 原子，黃色小球表示 Co 原子，綠色小球表示 Pt 原子， Co、 Pt 原子上面的數(shù)字表示各自的自旋磁矩， Ni 原子上面的數(shù)字表示它的誘導磁矩。 通過對比分析可以發(fā)現(xiàn)不管是 Co 吸附在 Ni 表面混合結構還是 Pt吸附在 Ni 表面混合結構它們的基底 Ni 原子的誘導磁矩都有著相同的特點。 Con吸附在 Ni 表面時 Ni 原子的誘導磁矩大多為負值，最大正值不超過 。 Ptn吸附在 Ni 表面時 Ni 原子的誘導磁矩也基本為負值，最大正值不超過 。甚至 CoPt 合金團簇吸附在 Ni 表面時 Ni原子的誘導磁矩也大多為負值。雖然基底原子的誘導磁矩有著相同的規(guī)律，但是吸附原子卻不是如此。分析第一行 Co Co Co3吸附在 Ni 表面時 Co 原子的軌道磁矩依次為,，即對 Co 吸附在 Ni 表面混合結構隨著吸附Co 原子個 數(shù)的增多， Co 原子的軌道磁矩單調(diào)遞減。然而 Pt吸附在 Ni 表面混合結構中Pt 的軌道磁矩與吸附原子的個數(shù)沒有太大的關聯(lián)， Pt Pt Pt3吸附在 Ni 表面混合結構中 Pt 原子的軌道磁矩依次為 ,。 磁各向異性能 圖 6 不同體系的磁各向異性能 Fig. 6. The MAE of different clusters on Ni(100) surface. 團簇 Co， Pt, CoPt吸附之后的磁各向異性能的變化 趨勢我們已經(jīng)在圖 6中表示出來，從圖中我們可以得出以下規(guī)律： Con 團簇在 Ni 表面的吸附， Co Co Co3 的11 MAE 變化趨勢沒有明確的規(guī)律。這與 Xie 等人對于 Con(n=110)在 Pt(111)表面的研究結果有很大的不同 [18]，在其研究結果中，當 n 從 1 到 1