摘 要：最近实验研究者成功合成出一种物理化学性质独特的一维金属Co-dithene分子线，我们采用密度泛函理论系统研究该分子线的电子和磁学性质。计算结果发现这种分子导线的基态是中等大小的间接带隙的反铁磁（AFM）半导体。然而通过电子掺杂，它可以被转变成一个有趣的铁磁（FM）半金属材料。这种铁磁性的发生可以通过Stoner模型来理解，即由于电子掺杂使得费米能级处态密度显著增大，因而发生自旋极化后体系的能量更低。我们的研究结果意味着一维Co-dithiolene分子线除了可以应用于析氢反应催化剂外，还可以用于制备电子自旋器件。92631

毕业论文关键词：半金属；Co-dithene 分子线；密度泛函理论

Abstract：Motivated by experimental synthesis of a unique one dimensional organometallic Co-dithiolene molecular wire, we employ density functional calculations to study its electronic and magnetic properties。 The ground state of this molecular wire is identified to be an antiferromagnetic (AFM) semiconductor with a medium-sized indirect band gap。 However, it could be converted into an intriguing ferromagnetic (FM) half-metal via electron doping。 The spontaneous occurrence of ferromagnetism is driven by the enhanced density of states at the Fermi level when suffcient electrons are doped, which can be well understood from the Stoner model。 Our results would open new possibilities for applying the Co-dithiolene molecular wire in spin-based electronic devices besides its effcient applications in hydrogen evolution reactions。

Keyword：half-metal ；Co-dithene molecular wire; density functional calculation

目   录

1 引言 4

1．1 半金属材料 4

1。2 Co-dithiolene分子线合成及其应用 5

2 方法 5

3 结果和讨论 6

3。1 结构参数和电子性质 6

结 论 11

参 考 文 献 12

致  谢 15

1 引言来自优O尔P论R文T网WWw.YoueRw.com 加QQ7520`18766

半金属[1]是一种特殊的材料，该材料中一个自旋通道表现出金属性质，而另一个自旋通道表现出半导体或者绝缘性，利用该材料可以实现100%自旋极化的电流。这种不对称的电子特性使得半金属材料非常有希望应用于自旋电子[2][3]、以及扫描隧道显微镜中的自旋极化尖端，也因此吸引了的实验和理论研究者的广泛兴趣。实验和理论研究者一直致力于寻找具有这样特殊电子性质的候选材料。到目前为止，已有众多三维体材料已被理论预测和或实验证实是半金属材料，如Heusler合金（例如，XMnSb，其中X =铁[4]，钴[4]和镍[1]），过渡金属氧化物（如CrO2[5]和Fe3O4[5]）、材料（例如，Sr2FeReO6[6]），锰氧化物（例如，La0。7Sr0。3MnO3[7]），铬的化合物（例如，HgCr2Se4[8]），仅举几例。

1．1 半金属材料

   除了三维体材料，最近实验和理论的研究兴趣主要集中在寻找低维半金属材料。例如，理论[9]研究工作发现钒-苯（Bz）构成的一维三明治分子线，[VBz]∞，是一个准半金属铁磁体；而[MnBz]∞分子线则是一种本征的半金属铁磁体。进一步的输运计算发现有限长的多层的VnBzn+1三明治团簇耦合于铁磁性电极是表现出近乎完美的自旋过滤效应[10]。此外，二茂铁三明治分子构成的纳米线线除了具有半金属性外，还表现出奇特的负微分电阻效应，因而可用于设计一些特殊功能的电子器件[11]。除了上述一维的半金属材料，由三苯基和过渡金属原子（V、Mn和Fe）组成二维六角金属有机框架也被预言具有稳定的半金属性，这一类半金属纳米结构主要依赖于掺入的过渡金属[15]。而最近，杜等人发现了一个完全由非过渡金属半金属原子构成的二维层状材料，即石墨相氮化碳纳米薄片（g-C4N3），也同样表现出稳定的半金属性质[16]。