非磁掺杂八羟基喹啉小分子的磁性理论研究
本论文选取八羟基喹啉过渡金属配合物作为研究对象，研究非磁掺杂的八羟基喹啉有机小分子的磁性理论，主要是基于以下的考虑:一、八羟基喹啉过渡金属配合物本身可能具有磁性，因为它们含有部分占据的3d局域态，这些局域态可能产生磁矩;二、相对于稀磁半导体，过渡金属掺杂有机半导体的研究尚处于起步阶段，非磁性元素掺杂有机半导体的研究鲜见报道。磁性元素容易形成团簇结构及二次相等，采用非磁掺杂，利用掺杂增强局域磁矩间的耦合作用增强材料磁性可以有效避免金属团簇对薄膜铁磁性的影响;三、通过第一性原理计算非磁性元素掺杂有机半导体材料的磁性，对磁性的来源进行研究，对于丰富有机半导体的磁性理论，制备具有高居里温度的有机磁性半导体具有重要的指导意义。 本论文主要采用第一性原理计算方法，从理论上研究了非磁掺杂的八羟基喹啉金属配合物的电子结构和磁特性，主要内容和结论如下: 1、八羟基喹啉基金属配合物的磁性研究 通过密度泛函理论计算了八羟基喹啉基六配体金属配合物(CrQ3，MnQ3，FeQ3，CoQ3。统称为TMQ3分子)和四配体金属配合物(MnQ2，FeQ2，CoQ2，NiQ2，CuQ2，ZnQ2。统称TMQ2分子)的分子结构、电子结构和磁特性。计算结果发现，TMQ3分子中TM-N和TM-O的键长随配体的不同略有变化;TMQ2分子的分子结构比TMQ3分子具有更高的对称性。TMQ3和TMQ2分子的自旋极化主要来源于过渡金属，分子磁矩的大小可以通过过渡金属d电子在晶体场中的轨道排布得到合理的解释。 2、非磁掺杂八羟基喹啉钴的自旋极化 选取同时包含Co、 Al和八羟基喹啉，而本身并没有磁性的Al掺杂CoQ3体系，采用密度泛函理论对该体系的磁特性进行了计算，为进一步深入理解AlQ3:Co及Co/AlQ3体系的磁性及自旋输运机理提供了理论基础。Al原子及CoQ3分子自身并没有磁矩，Al原子的加入使磁矩为零的CoQ3分子发生了自旋极化，磁矩为1μB。磁矩产生的原因是Al原子上的电荷转移到了CoQ3分子上，使Co原子的3d轨道发生了自旋极化排布，Al原子自身没有磁矩产生。 3、非磁掺杂八羟基喹啉铝(AlQ3)的电子结构和磁特性 八羟基喹啉铝(AlQ3)在有机发光显示领域占有举足轻重的地位，同时，它又是极有潜力的半导体自旋电子学材料。采用第一性原理计算研究了AlQ3分子掺杂非磁性金属Cu、4d过渡金属Nb以及稀土金属Eu时的电子结构和磁特性。在这三种金属掺杂的AlQ3分子中均出现了自旋极化现象。Cu掺杂AlQ3分子的总磁矩为1μB，其中Cu原子的磁矩为0.4μB，其余0.6μB的磁矩分布在AlQ3分子上。Cu掺杂AlQ3分子磁矩产生的原因是Cu原子上的电荷转移到AlQ3分子上，引起AlQ3分子的结构畸变和自旋极化的产生。Nb掺杂的AlQ3分子中，Nb原子向AlQ3分子提供电子，转移的电子束缚在喹啉配体中。Nb原子的存在导致体系中出现了3μB的局域磁矩，磁矩主要源自Nb-4d轨道的贡献。Nb掺杂AlQ3分子的态密度显示费米面处多数自旋轨道被占据，少数自旋轨道没有态密度分布，呈现出明显的半金属特性。Eu原子掺杂的AlQ3孤立分子的局域磁矩高达7μB，主要来源于Eu-4f轨道的贡献。Eu原子掺杂的AlQ3单斜晶胞室温下呈亚铁磁态。
八羟基喹啉有机小分子;非磁掺杂;电子结构;磁性理论
山东大学
博士
微电子学与固体电子学
韩圣浩
2015
中文
TN304.5
151
2016-06-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）