锰团簇Mn<,N>(N=2~6)的结构与磁性分析

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锰的小团簇Mnn(n=2~6)是一种自旋分布相当复杂的过渡金属簇。以往Mn簇的理论计算差异较大,与实验对照又有许多争议。本文拟就Mnn(n=2~6)构型对磁性的影响作一分析。 本文首先根据拓扑学原理确定MnN团簇可能的几何构型,然后用密度泛函方法进行能量计算与结构预测,计算采用ADF程序,GGA部分的XC函数为PW91,使用ZORATZ2P基组对可能的几何构型进行优化计算,并计算其振动频率,排除了许多振动频率为负值的非局域极小点的模型,比较局域极小点构型的结构稳定性,讨论了团簇的电子结构、磁极化性质。 计算结果:Mn3团簇有线形与三角形两类构型,得到的构型大多呈高自旋顺磁性,自旋极化度为2~5μB/atom。Mn3最稳定构型为对称性D∞h、磁矩13μB的铁磁性直线构型,其自旋极化度均大于4μB/atom(接近原子态)且方向相同。Mn4团簇的最稳定构型为三角锥体(C3v,11重态)。Mn4团簇的三维立体结构(比如Td、C3v、D2d等)中电荷大多平均分布,即大多是离域金属键。其中准四面体(D2d)、蝶形结构有强弱键交替现象出现。二维平面构型中长方形、菱形都出现明显的强弱交替键,并且是低自旋的构型。线形结构无论直线或折线都出现强弱交替的定域键,且都是高自旋构型。Mn5团簇最稳定构型为对称性D3h、磁矩为3μB的弱铁磁性三角双锥体。Mn5团簇中大多数构型显现出铁磁性,自旋极化度为3~4μB/atom。Mn6团簇的最稳定构型为的铁磁性畸变八面体(C4v、磁矩16)。不同构型总自旋极化度虽不同,但原子自旋极化度均为3~4μB。 对Mn小团簇研究结果可看出:锰团簇的电子结构非常复杂,具有许多能量相近,不易区分的稳定点,稳定点的构型大多是紧密结合的立体构型。我们也发现构型是自旋变化、磁性的敏感因素。构型最稳态取决于原子间的交换耦合作用,而原子间的这种作用又跟自旋极化度的方向大小息息相关。
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