吸附缺陷誘導(dǎo)的低維碳系統(tǒng)中電子自旋極化效應(yīng)理論研究

吸附缺陷誘導(dǎo)的低維碳系統(tǒng)中電子自旋極化效應(yīng)理論研究

受泡利不相容原理支配,當(dāng)微觀分子體系中存在電子未配對占據(jù)現(xiàn)象時(shí)自旋

極化效應(yīng)就相伴產(chǎn)生,而這在純碳系統(tǒng)低維結(jié)構(gòu)中也被認(rèn)為是磁性的重要來源。

我們首先匯總了以往涉及到的純碳體系磁特性研究報(bào)道,發(fā)現(xiàn)這些磁性的來源基

本上是由外來碳原子表面吸附產(chǎn)生,并且發(fā)現(xiàn)這些磁性結(jié)論基本都是在一維納米

管或二維石墨烯上得到。

而這兩種低維結(jié)構(gòu)的一個(gè)共同特點(diǎn),是只含有碳原子圍起的六邊形,如此只

存在六邊形與六邊形相鄰的[6,6]結(jié)構(gòu)。而以C₆₀為代表的富勒烯作

為一種零維純碳系統(tǒng),它與一維納米管和二維石墨烯的明顯區(qū)別在于,表面同時(shí)

存在六邊形與六邊形相鄰的[6,6]結(jié)構(gòu),也存在六邊形與五邊形相鄰的[5,6]結(jié)構(gòu)。

有鑒于此,我們進(jìn)一步對幾個(gè)純碳富勒烯結(jié)構(gòu)的[6,6]和[5,6]結(jié)構(gòu)上吸附碳

原子的自旋極化特性進(jìn)行了研究。讓人驚訝的是,在[5,6]結(jié)構(gòu)上的碳原子吸附雖

然也是自旋極化的,但卻可能會因?yàn)殡姾赊D(zhuǎn)移及電子反平行占據(jù)而導(dǎo)致一種比磁

性態(tài)更穩(wěn)定的非磁性結(jié)構(gòu)。

這也是首次實(shí)現(xiàn)了純碳體系中反常自旋極化效應(yīng)的預(yù)測,并將會有助于理解

一些實(shí)驗(yàn)探測結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)論無法相符合的原因。超原子是一類具有原子般

精確軌道特性的團(tuán)簇,以f電子和p電子關(guān)聯(lián)為基礎(chǔ)形成的內(nèi)嵌金屬富勒烯可以

構(gòu)成種類豐富的“超原子”。

因?yàn)閮?nèi)嵌金屬的價(jià)電子都和碳籠成鍵,使得金屬的價(jià)殼層被滿配。其離域的

價(jià)軌道可以看做超原子軌道

1S²,1P⁶,1D¹⁰,2S²...基于這

種穩(wěn)定的超原子團(tuán)簇,在其表面引入碳吸附缺陷,觀察它的電子態(tài)和結(jié)構(gòu)將如何

變化是非常新穎而有趣的。

可以為未來基于超原子的新型功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論支持。