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本文我们用计算软件WIEN2k计算了两类非纯有机磁性材料的电子态密度和磁矩。通过计算得到的态密度,我们发现,其中有四个材料具有明显的半导体特性,有一个材料具有金属特性,这些材料都具有重要的应用价值。
计算的第一类材料是含-(tfadt)基团非纯金属有机磁性材料[Ni(cyclam)][Cu(tfadt)2]。根据计算得到的磁矩和态密度,我们得知材料的磁性主要由Ni原子和Cu原子d轨道电子提供。化合物的总磁矩为3.000,这与实验上测得的总自旋为S=3/2保持一致。同时,Ni原子和Cu原子的磁矩符号一致,说明它们之间存在着铁磁相互作用。由S原子和N原子上磁矩的大小和符号,知道化合物中铁磁耦合作用沿着链Cu-S-C-N-Ni传递,且铁磁耦合作用是通过自旋退局域化机制产生。
计算的第二类材料是:含叠氮基-(N3)不同配位基团的非纯有机磁性材料[Cu(benzoate)(N3)] n、[Cu(1-naphthoate)(N3)]n、[Cu(2-methyl-benzoate)(N3)]n和Co(N3)(4-acetylpridine)。通过第一性原理计算,发现前面三个材料是有机磁性半导体材料,第一个和第二个材料的自旋向上电子态密度与费米面相切,第三个材料的自旋向下电子态密度与费米面相切。化合物中的磁性主要由Cu原子d轨道电子提供。配体在传递化合物中铁磁耦合作用时,既有自旋退局域化机制的参与,也有自旋极化机制参与。材料中的铁磁耦合都有一条沿着链Cu-N1-Cu来传递。
最后我计算的一个材料是Co(N3)(4-acetylpridine)2,与上面四个材料不同的是,它是一个有机金属材料,而且叠氮基末端两个氮原子上的磁矩并不相等,相差近一个数量级。我们认为这主要是由于叠氮基传递铁磁耦合的方式发生了变化,以及磁性中心由Cu离子变成了Co离子。