Luận văn thạc sĩ Vật lý nhiệt, Vật liệu, Các bon, Cấu trúc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Trang TÍNH CHẤT TỪ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU DỰA TRÊN CÁC BON CÓ CẤU TRÚC BÁNH KẸP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Thị Trang TÍNH CHẤT TỪ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU DỰA TRÊN CÁC BON CÓ CẤU TRÚC BÁNH KẸP Chuyên ngành: Vật Lý Nhiệt Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN ANH TUẤN Hà Nội – Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy giáo, PGS TS Nguyễn Anh Tuấn, Ban Khoa học công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, người trực tiếp bảo tận tình, hướng dẫn em suốt thời gian học tập hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy! Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới tất Thầy Cô, Tập thể cán Bộ môn Vật lý nhiệt độ thấp, Thầy Cô Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, truyền đạt kiến thức chuyên ngành vô quý báu Em cảm ơn thầy cô giảng dạy em năm qua, kiến thức mà em nhận giảng đường hành trang giúp em vững bước tương lai Em không quên gửi lời cảm ơn đến người bạn, anh chị đồng hành, giúp đỡ em trình tìm tài liệu, trao đổi kiến thức truyền đạt kinh nghiệm giúp em hồn thành luận văn cách tốt Và lời cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình Cảm ơn gia đình ln bên con, động viên tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian qua Sau cùng, em xin kính chúc tồn thể thầy cô giáo mạnh khoẻ, hạnh phúc thành công công việc sống Một lần em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, 10/2014 Học viên Trần Thị Trang MỤC LỤC Các ký hiệu & từ viết tắt i Danh mục hình vẽ ii Danh mục bảng biểu iv MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU TỪ DỰA TRÊN CÁCBON 1.1 Giới thiệu vật liệu từ dựa Các bon 1.2 “Siêu vật liệu” Graphene .4 1.2.1 Các dạng khác bon .4 1.2.2 Graphene 1.2.3 Những đặc trưng cấu trúc chế hình thành từ tính Graphene 1.3 Giới thiệu vật liệu từ kiểu bánh kẹp .8 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 2.1 Giới thiệu lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) 10 211 212 ài to n củ hệ nhi u hạt .11 tưởng Đ nh nđ uv T: Tho s- er i c c h nh iên qu n 12 Hohen erg-Kohn thứ 17 Giới thiệu v or it hà n ng ng Kohn-Sham .20 2.2 Phƣơng pháp tính tốn 22 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 3.1 Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử tính chất từ phân tử từ tính 24 3.2 Cấu trúc hình học, cấu trúc điên tử tính chất từ dimer [R1]2 25 3.3 Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử tính chất hệ phân tử phi từ 27 3.4 Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử tính chất từ vật liệu dạng bánh kẹp R1/D/R1 .30 3.4.1 Cấu trúc hình học 30 3.4.2 Cấu trúc điện tử 31 3.4.3 Tính chất từ 31 3.5 Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử tính chất từ vật liệu dạng bánh kẹp R1/D-Fn/R1 .32 3.5.1 Cấu trúc hình học 32 3.5.2 Cấu trúc điện tử 33 3.5.3 Tính chất từ 34 Cơ chế tương t c tr o đổi 35 3.6 Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử tính chất từ vật liệu dạng bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 37 3.7 Độ bền hệ vật liệu dạng bánh kẹp .41 3.8 Một số định hƣớng cho việc thiết kế vật liệu từ dựa bon .41 KẾT LUẬN 43 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN .44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 Các ký hiệu & từ viết tắt ∆n: Lư ng điện tích chuyển từ phân tử từ tính sang phân tử phi từ DFT: Lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density functional theory) E: Tổng n ng ng Ea: Ái lực điện tử phân tử phi từ Ef: N ng ng liên kết phân tử bánh kẹp ES: N ng ng trạng thái singlet ET: N ng ng trạng thái triplet Exc: N ng ng tương qu n tr o đổi HOMO: Quỹ đạo phân tử cao b chiếm (Highest occupied molecular orbital) J: Tham số tương t c tr o đổi hiệu dụng K: Động n ng LUMO: Quỹ đạo phân tử thấp không b chiếm (Lowest unoccupied molecular orbital) m: mômen từ MDED: Mật độ biến dạng điện tử (Molecular Deformation Electron Density) MO: quỹ đạo phân tử (Molecular orbital) n: điện tích S: Tổng spin SOMO: quỹ đạo b chiếm điện tử i Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Các dạng thù hình khác bon Hình 1.3: (a) Graphene khơng tồn mặt phẳng tuyệt đối, (b) hữu với mặt lồi lõm không gian chiều Hình 1.4: (a) Cấu trúc Graphene; (b) liên kết nguyên tử bon mạng graphene .7 Hình 1.5: (a) Sơ đồ biểu diễn mơ men từ biên zigzac, (b) mô men từ hấp thụ nguyên tử hydro, (c) mô men từ vai nguyên tử bon bị khuyết (các mũi tên chiều mô men từ) Hình 1.6: Giản đồ cấu trúc mơ hình bánh kẹp .8 Hình 3.1: (R1) Perinaphthenyl (C13H9) 24 Hình 3.2: (a) Phân bố mơmen từ (b) quỹ đạo SOMO phân tử R1 Mật độ bề mặt 0,03 e/å3 25 Hình 3.3: Sơ đồ cấu trúc hình học vật liệu dạng dimer [R1] .26 Hình 3.4: Quỹ đạo cao bị chiếm dimer [R1]2 Mật độ bề mặt 0,03 e/å3 .26 Hình 3.5: Cấu trúc hình học phân tử phi từ C54H18 (D) .28 Hình 3.6: Cấu trúc hình học bánh kẹp R1/D/R1 (a) nhìn theo phương song song (b) vng góc với mặt phẳng phân tử .30 Hình 3.7: Bức tranh mật độ điện tử hai quỹ đạo bị chiếm cao bánh kẹp R1/D/R1 Mật độ bề mặt 0,03 e/å3 31 Hình 3.8: Sự phân cực spin bánh kẹp R1/D/R1 Mật độ bề mặt 0,03 e/å3 32 Hình 3.9: Cấu trúc hình học bánh kẹp R1/D-Fn/R1 Nguyên tử H màu trắng, nguyên tử C màu nâu, nguyên tử F màu xanh .33 Hình 3.10 (a): Bức tranh mật độ điện tử hai quỹ đạo bị chiếm cao bánh kẹp R1/D-F2/R1 33 ii Hình 3.10 (b): Bức tranh mật độ điện tử hai quỹ đạo bị chiếm cao bánh kẹp R1/D-F8/R1 34 Hình 3.11: Sự phân cực spin bánh kẹp R1/D-Fn/R1 .35 Hình 3.12: Đồ thị tương quan tương tác trao đổi hiệu dụng J/kB (K) với khoảng cách phân tử từ tính (d), điện tích phân tử phi từ (n) lực điện tử phân tử phi từ (Ea) .37 Hình 3.13: Cấu trúc hình học bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 Nguyên tử H màu trắng, nguyên tử C màu xám 38 Hình 3.14 (a): Bức tranh mật độ điện tử hai quỹ đạo bị chiếm cao bánh kẹp R1/D-(CH3)2/R1 38 Hình 3.14 (b): Bức tranh mật độ điện tử hai quỹ đạo bị chiếm cao bánh kẹp R1/D-(CH3)4/R1 39 Hình 3.15: Sự phân cực spin bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 39 Hình 3.16: Mơ hình cấu trúc xếp chồng (Stacks) 41 iii Danh mục bảng biểu Bảng 3.1 (a): Ái lực điện tử phân tử phi từ D D-Fn .29 Bảng 3.1 (b): Ái lực điện tử phân tử phi từ d D-(CH3)n 29 Bảng 3.2: Tham số tương tác trao đổi hiệu dụng (J/kB), khoảng cách phân tử từ tính (d), lượng điện tích chuyển từ phân tử từ tính sang phân tử phi từ (∆n), lực điện tử phân tử phi từ (Ea), lượng liên kết phân tử (Ef) bánh kẹp R1/D-Fn/R1 .36 Bảng 3.3: Tham số tương tác trao đổi hiệu dụng (J/kB), khoảng cách phân tử từ tính (R1-R1) (d), lượng điện tích chuyển từ phân tử từ tính sang phân tử phi từ (∆n), lực điện tử phân tử phi từ (Ea), lượng liên kết phân tử (Ef) bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 40 iv MỞ ĐẦU Các bon nguyên tố phổ biến đặc biệt Các bon nguyên tố ản cấu tạo nên chất hữu thể sống Với phát triển khoa học cơng nghệ, ngày có nhi u vật liệu dựa bon với tính chất đặc biệt đư c tạo r ống nano bon, vật liệu nano bon dạng hình c u graphene Sự r đời graphene liệu tiên tiến tương i N ng đến ni m hy vọng lớn cho vật 2010, Andre Gei Konst ntin Novose ov đoạt giải Nobel Vật lý cho cơng trình graphene làm cho cao trào nghiên cứu gr phene thê s i động Đư c ca ng i ột “siêu vật liệu” củ tương i Graphene vật liệu dựa graphene đư c biết đến với tính chất cơ, qu ng điện đặc biệt mà g n vật liệu từ dựa graphene đư c thiết kế tổng h p thành công mở hệ vật liệu từ với nhi u tính n ng ưu việt so với vật liệu từ truy n thống nhẹ, có khả n ng uốn dẻo thân thiện i trường Việc phát vật liệu từ không chứa kim loại dựa bon mở ĩnh vực nghiên cứu hứa hẹn lại mang đến đột phá nhi u ĩnh vực khoa học công nghệ [22, 31] Tuy nhiên, việc chế tạo đư c vật liệu sắt từ dựa bon với từ độ lớn nhiệt độ trật tự cao mang tính tình cờ khó lặp lại Cơ chế tương t c từ vật liệu chư đư c làm rõ Trong luận v n này, dựa lý thuyết phiếm hàm mật độ, số dạng vật liệu từ dự c c on đư c thiết kế nghiên cứu, bao gồ : đơn phân tử C13H9 (R1), dạng cặp phân tử [R1]2 dạng bánh kẹp R1/D/R1 (trong D phân tử phi từ C54H18) Kết nghiên cứu chúng tơi cho thấy chế tạo đư c vật liệu sắt từ dạng bánh kẹp với từ độ lớn nhiệt độ trật tự từ c o Hơn nữ , để làm sáng tỏ thêm v chế phương ph p u khiển tính chất từ vật liệu từ dạng bánh kẹp, hệ bánh kẹp dựa R1/D/R1 với cấu hình phối tử kh c nh u đư c thiết kế nghiên cứu Kết nghiên cứu cho thấy tương t c tr o đổi cấu trúc bánh kẹp đư c đ nh chuyển Hình 3.9: Cấu trúc hình học bánh kẹp R1/D-Fn/R1 Nguyên tử H màu trắng, nguyên tử C màu nâu, nguyên tử F màu xanh 3.5.2 Cấu trúc điện tử Hình 3.10 mơ tả phân bố điên tử quỹ đạo HOMO HOMO-1 n ng ng tương ứng quỹ đạo bánh kẹp R1/D-F2/R1 R1/DF8/R1 Hình 3.10 (a): Bức tranh mật độ điện tử hai quỹ đạo bị chiếm cao bánh kẹp R1/D-F2/R1 33 Hình 3.10 (b): Bức tranh mật độ điện tử hai quỹ đạo bị chiếm cao bánh kẹp R1/D-F8/R1 Từ hình vẽ ta nhận thấy thay phối tử phân tử phi từ quỹ đạo HOMO HOMO-1 phân tử cho thấy điện tử quỹ đạo chủ yếu tập trung radical Kết hai quỹ đạo b chiếm cao có điện tử khơng ghép cặp nên phân tử có tổng spin kh c Như tương t c phân tử từ tính bánh kẹp R1/D-Fn/R1 tương t c sắt từ Để khảo s t rõ v tương t c hệ vật liệu chúng t i tính to n ật độ phân bố spin bánh kẹp R1/D-Fn/R1 3.5.3 Tính chất từ Hình 3.11 mô tả phân cực spin bánh kẹp R1/D-Fn/R1 Từ tranh mật độ spin bánh kẹp R1/D-Fn/R1 ta thấy cấu trúc bánh kẹp đư c thiết kế có cấu trúc sắt từ Tương t c phân tử từ tính bánh kẹp tương t c sắt từ Tham số tương t c tr o đổi hiệu dụng bánh kẹp R1/D-Fn/R1 đư c tính tốn t ng d n thay nguyên tử H nguyên tử F biên phân tử phi từ Như vậy, tương t c tr o đổi cấu trúc bánh kẹp đư c đ nh chuyển điện tử phân tử từ tính phân tử phi từ Càng có nhi u điện tử chuyển từ phân tử từ tính sang phân tử phi từ th tương t c sắt từ cấu trúc bánh 34 kẹp mạnh Chính việc thay phối tử có lực điện tử lớn cho nguyên tử H biên phân tử phi từ tạo vật liệu dạng bánh kẹp với tương t c sắt từ mạnh Hình 3.11: Sự phân cực spin bánh kẹp R1/D-Fn/R1 3.5.4 Cơ chế tƣơng tác trao đổi Tham số tương t c tr o đổi hiệu dụng (J/kB), n ng ng hình thành (Ef), thơng số hình học đặc trưng bánh kẹp R1/D-Fn/R1 đư c liệt kê Bảng 3.2 Như đư c Bảng 3.2 qu n s t đồ th thể mối tương qu n giữ tương t c tr o đổi hiệu dụng J/kB (K) với khoảng cách phân tử từ tính (d), điện tích phân tử phi từ (n) lực điện tử phân tử phi từ (Ea) Hình 3.12 ta thấy so với hệ bánh kẹp R1/D/R1, tham số tương t c tr o đổi hiệu dụng t ng d n ta thay phối tử F vào v trí 1, 3, 5, biên phân tử phi từ Kết làm nảy sinh câu hỏi yếu tố đ nh cường độ tương t c tr o đổi cấu trúc bánh kẹp Ở t khảo sát v mặt cấu trúc hình học Ta thấy từ cấu trúc R1/D/R1, thay v trí phân tử phi từ D khoảng cách phân tử từ tính (d) khoảng cách phân từ tính phân tử phi từ (d/2) giảm d n, Bảng 3.2 35 Bảng 3.2: Tham số tương tác trao đổi hiệu dụng (J/kB), khoảng cách phân tử từ tính (d), lượng điện tích chuyển từ phân tử từ tính sang phân tử phi từ (∆n), lực điện tử phân tử phi từ (Ea), lượng liên kết phân tử (Ef) bánh kẹp R1/D-Fn/R1 Phân tử d (Å) J/kB (K) ∆n (e) Ef (eV) Ea (eV) R1/D/R1 6,44 3017 – 0.126 –1,80 -1,76 R1/D-F2/R1 6,433 3018 – 0.134 –1,84 -1,91 R1/ D-F4/R1 6,431 3035 – 0.135 –1,81 -2,05 R1/ D-F6/R1 6,429 3038 – 0.144 –1,83 -2,20 R1/ D-F8/R1 6,428 3040 – 0.146 –1,87 -2,30 Sự giảm khoảng cách phân tử giữ c c đ t ng phủ lấp ây điện tử chúng i hó t ng cường độ củ tương t c tr o đổi cấu trúc bánh kẹp Đến ại nảy sinh câu hỏi khoảng cách phân tử lại giảm ta thay phối tử vào v trí phân tử phi từ Lưu cấu trúc bánh kẹp đ u có phân tử từ tính giống Đi u cho thấy th y đổi khoảng cách d phân tử cấu trúc bánh kẹp b chi phối cấu trúc điện tử phân tử phi từ Để làm sáng tỏ u chúng t i tính to n ột thông số đặc trưng cho cấu trúc điện tử phân tử phi từ lực điện tử (Ea) Kết tính tốn chúng tơi cho thấy Ea lớn tương t c tr o đổi mạnh, Bảng 3.2 Kết đư r g i ý sử dụng phân tử phi từ dạng nano graphene có lực điện tử lớn kết h p với phân tử từ tính tạo cấu trúc bánh kẹp có tương t c sắt từ mạnh mơmen từ lớn 36 Hình 3.12: Đồ thị tương quan tương tác trao đổi hiệu dụng J/kB (K) với khoảng cách phân tử từ tính (d), điện tích phân tử phi từ (n) lực điện tử phân tử phi từ (Ea) Một so sánh bánh kẹp R1/D/R1 R1/D-Fn/R1 có mối liên hệ ∆n J/kB bánh kẹp Bánh kẹp R1/D-Fn/R1 có ∆n âm so với bánh kẹp R1/D/R1, kết J/kB bánh kẹp R1/D-F n/R1 mạnh so với bánh kẹp R1/D/R1 Bảng 3.2 Kết có nhi u điện tử đư c chuyển từ phân tử có từ tính sang phân tử phi từ, tương t c tr o đổi bánh kẹp mạnh Kết minh họa hướng chuyển điện tích bánh kẹp đóng ột vai trị cốt yếu tương t c tr o đổi bánh kẹp Tương t c sắt từ bánh kẹp đư c t ng cường chuyển điện tử từ phân tử có từ tính tới phân tử phi từ, chuy n điện tử theo chi u ngư c lại làm suy yếu tương t c tr o đổi bánh kẹp Kết g i ý tương t c sắt từ bánh kẹp đư c t ng cường sử dụng phân tử phi từ có độ â điện lớn 3.6 Cấu trúc h nh học, cấu trúc điện tử tính chất từ vật liệu dạng bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 Như vậy, tương t c sắt từ bánh kẹp đư c t ng cường chuyển điện tử từ phân tử có từ tính tới phân tử phi từ, chuy n điện tử theo chi u ngư c lại làm suy yếu tương t c tr o đổi bánh kẹp Để 37 làm sáng tỏ thêm v u này, hệ bánh kẹp dựa R1/D/R1 với cấu hình phối tử CH3 đư c thiết kế nghiên cứu Cấu trúc hình học hệ bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 đư c mơ tả Hình 3.13 Hình 3.13: Cấu trúc hình học bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 Nguyên tử H màu trắng, nguyên tử C màu xám Từ Hình 3.13 ta thấy việc thay phối tử vào bốn v trí nguyên tử H biên không làm ảnh hưởng nhi u đến cấu trúc hình học bánh kẹp Đồng thời, kết tính tốn v mật độ phân bố điện tử bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 cho thấy cấu trúc bánh kẹp đư c thiết kế có cấu trúc sắt từ Cấu trúc điện tử bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 đư c r Hình 3.14 Hình 3.14 (a): Bức tranh mật độ điện tử hai quỹ đạo bị chiếm cao bánh kẹp R1/D-(CH3)2/R1 38 Hình 3.14 (b): Bức tranh mật độ điện tử hai quỹ đạo bị chiếm cao bánh kẹp R1/D-(CH3)4/R1 Bức tranh mật độ điện tử bánh kẹp R1/D-(CH3)2/R1 R1/D(CH3)4/R1 đư c Hình 3.14 cho thấy điện tử quỹ đạo HOMO HOMO-1 chủ yếu tập trung radical Kết cho phép dự đo n phân cực spin chủ yếu radical Hình vẽ mơ tả phân cực spin bánh kẹp khẳng đ nh đư c dự đo n hồn tồn x c Hình 3.15: Sự phân cực spin bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 Từ tranh mật độ spin bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 ta thấy cấu trúc bánh kẹp đư c thiết kế có cấu trúc sắt từ Tương t c phân tử từ tính bánh kẹp tương t c sắt từ Tham số tương t c tr o đổi hiệu dụng (J/kB), 39 n ng ng hình thành (Ef), thơng số hình học đặc trưng hệ bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 đư c liệt kê Bảng 3.3 Bảng 3.3: Tham số tương tác trao đổi hiệu dụng (J/kB), khoảng cách phân tử từ tính (R1-R1) (d), lượng điện tích chuyển từ phân tử từ tính sang phân tử phi từ (∆n), lực điện tử phân tử phi từ (Ea), lượng liên kết phân tử (Ef) bánh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 Phân tử d (Å) J/kB (K) ∆n (e) Ef (eV) Ea (eV) R1/D/R1 6,44 3017 – 0,126 –1,8000 -1,76 R1/D-(CH3)2/R1 6,435 3011 – 0,123 –1,7996 -1,76 R1/D-(CH3)4/R1 6,436 3007 – 0,125 –1,7965 -1,74 R1/D-(CH3)6/R1 6,432 2999 – 0,117 –1,7997 -1,70 R1/D-(CH3)8/R1 6,433 2992 – 0,117 –1,8026 -1,68 Như đư c r ảng 3, th số tương t c tr o đổi hiệu dụng giả d n t th y phối tử CH3 vào c c v trí 1, 3, 5, iên củ phân tử phi từ Kết tính to n củ chúng t i cho thấy i ực điện tử Ea nhỏ th tương t c tr o đổi yếu, ảng 3.3 Hơn nữ , so với nh kẹp R1/D/R1 có ∆n â nh kẹp R1/D-(CH3)n/R1, kết J/kB củ so với nh kẹp R1/D/R1 ạnh nh kẹp R1/D-(CH3)n/R1 Kết r ng điện tử đư c chuyển từ c c phân tử có từ tính s ng phân tử phi từ ít, tương t c tr o đổi nh kẹp yếu Từ kết này, ột n nữ khẳng đ nh tương t c sắt từ c c nh kẹp đư c t ng cường ởi chuyển điện tử từ phân tử có từ tính tới phân tử phi từ, chuy n điện tử theo chi u ngư c ại tương t c tr o đổi c c nh kẹp Đồng thời s ng tỏ thê ph p u khiển tính chất từ củ vật iệu từ dạng 40 nh kẹp suy yếu v chế phương 3.7 Độ bền hệ vật liệu dạng bánh kẹp Để đ nh gi độ n củ c c nh kẹp, n ng ng h nh thành st ck từ c c phân tử thành ph n đư c x c đ nh theo c ng thức: Ef = Esandwich – (2Eradical + Ediamagnetic_molecule) (3.3) Esandwich, Eradical, Ediamagnetic_molecule tương ứng tổng n ng ng củ s ndwich, phân tử từ tính, phân tử phi từ Kết tính to n đư c iệt kê ảng ảng 3 N ng ng h nh thành củ c c từ –1.87 eV đến –1.80 eV Chú khoảng 1eV tương ứng với nhiệt độ khoảng 104 K Những kết r c c đư c dự đo n nh kẹp nằ nh kẹp đư c thiết kế nghiên cứu n nhiệt độ phòng 3.8 Một số định hƣớng cho việc thiết kế vật liệu từ dựa bon Một u thú v ∆n âm J mạnh, Bảng 3.2 Bảng 3.3 Như chúng t iết ∆n phụ thuộc vào lực điện tử phân tử phi từ (Ea) Kết tính tốn chúng tơi cho thấy Ea lớn th ∆n lớn J mạnh, Bảng 3.2 Bảng 3.3 Kết đư r g i ý sử dụng phân tử phi từ dạng nano graphene có lực điện tử lớn kết h p với phân tử từ tính tạo cấu trúc bánh kẹp (sandwich), c c cấu trúc xếp chồng (stack) gồm nhi u lớp phân tử có tương t c sắt từ mạnh mơmen từ lớn Hình 3.16: Mơ hình cấu trúc xếp chồng (stacks) 41 Các kết tính tốn chúng t i để tác sắt từ th y đổi phối tử iên có độ â t ng th số tương điện lớn Các giá tr trong Bảng 3.2 Bảng 3.3 việc th y đổi phối tử biên với độ âm điện lớn phân tử phi từ phủ lấp giảm khoảng cách phân tử i hó giữ c c đ t ng ây điện tử chúng chuyển điện tử từ phân tử có từ tính tới phân tử phi từ t ng ∆n lớn J mạnh C c đơn phân tử đư c xem xét có mơmen từ μB Tuy nhiên, kết h p chúng thành dạng dimer mômen từ tổng cộng b triệt tiêu tương t c phản sắt từ phân tử từ tính Để tr nh tương t c phản sắt từ phân tử từ tính phủ lấp trực tiếp trạng th i π chúng, cấu trúc dạng xếp chồng phân tử từ tính đư c xen phân tử phi từ đư c thiết kế h nh Hình 3.16, với thiết kế ta có mơmen từ tổng cộng lớn 42 KẾT LUẬN Trong luận v n này, dựa lý thuyết DFT, số dạng vật liệu từ dựa c c on đư c nghiên cứu, bao gồ : đơn phân tử từ tính, dạng cặp phân tử dạng bánh kẹp Kết nghiên cứu cho thấy dạng đơn phân tử từ tính C13H9 (R1), phân tử R1 có mơmen từ 1B Tuy nhiên, chúng kết cặp trực tiếp với liên kết chúng lại phản sắt từ mạnh phủ lấp trực tiếp trạng thái  chúng Hệ mômen từ tổng cộng b triệt tiêu Để tránh phủ lấp trực tiếp phân tử từ tính R1, cấu trúc dạng bánh kẹp bao gồm phân tử phi từ C54H18 (D) xen hai phân tử từ tính R1 đư c thiết kế Bằng việc thay nhóm phối tử F CH3 cho nguyên tử H phân tử phi từ D, hai hệ vật liệu từ dựa bon có cấu trúc bánh kẹp tạo Kết nghiên cứu v hai hệ vật liệu bánh kẹp cho thấy: - Chúng có cấu trúc sắt từ - Tương t c sắt từ vật liệu mạnh có nhi u điện tử đư c chuyển từ phân tử từ tính sang phân tử phi từ - Sự chuyển điện tử từ phân tử từ tính sang phân tử phi từ tương t c sắt từ vật liệu t ng theo lực điện tử phân tử phi từ kẹp - Thay phối tử biên phân tử phi từ nhóm chức có độ â điện khác phương ph p hiệu để u khiển cường độ củ tương tác tr o đổi vật liệu dựa bon có cấu trúc bánh kẹp Các kết góp ph n đ nh hướng cho việc thiết kế chế tạo vật liệu từ dựa bon có từ độ lớn nhiệt độ trật tự từ cao 43 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN [1] Nguyen Anh Tuan, Nguyen Van Thanh, Nguyen Duong Quynh Trang, Nguyen Thi Phuong Thao, Le Thi Phuong Thao, Tran Thi Trang, Pham Thi Tuan Anh, Do Viet Thang, Dam Hieu Chi, Study on Exchange Coupling in Serveral Carbon-based Magnetic Materials, The 7th International Workshop on ADVANCED MATERIALS SCIENCE AND NANOTECHNOLOGY, Ha Long City, Vietnam, 2-6 November, 2014 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng anh orn M , inder S M (1927), “Ann en der physic”, Physik, 84, pp 457-484 Brack M (1985), Semiclassical description of nuclear bulk properties In Density-Functional Methods in Physics, New York: Plenum, pp 331-379 ir c P A M (1930), “Note on exchange phenomena in the Thomas-Fermi to ”, Proc Cambridge Phil Soc, 26, pp 376-385 Delley B (1990), J Chem Phys., 92, 508 Esquinazi P., Setzer A., Höhne R., Semmelhack C., Kopelevich Y., Spemann D., Butz T., Kohlstrunk B., Lösche M (2002), Phys Rev B, 66, 024429 Esquinazi P.,et al (2003), Phys Rev Lett 91, 227201 Enoki T and Takai K (2009), “Solid State Co er i E (1927), “Un etodo st tistice per un” 149, 1144 deter in zione di cune propriet de ' to o”, Rend Accad Lincei, 6, pp 602-607 er i E (1928 ), “Su deduzione st tistic di Applicazione alia teoria del syste cune propriet de ' to o, periodico deg i e e enti”, Rend Accad Lincei, 7, pp 342-346 10 er i E (1928 ), “A st tistic ethod for the deter in tion of so e to ic properties and the application of this method to the theory of the periodic syste of e e ents”, Rend Z Phys, 48, pp 73-79 11 Fiolhais C., Nogueira F., Marques M (2003), A Primer in Density Functional Theory, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 12 Fock V A (1930), Z Phys, 61, pp 126 13 Grimme S (2004), “Accur te Density unction escription of v n der W Theory Inc uding E piric s Co p exes y Corrections,” J Comput Chem., vol 25, pp 1463–1473 14 Gombas P (1949), Die statistischen Theorie des Atomes und Ihre Anwendungen Wein, Springer-Verlag 45 15 Gross E K U , nd reiz er R M (1979), “Tho s-Fermi approach to diatomic systems I Solution of the Thomas-Fermi and Thomas-Fermi-DiracWeizsäcker equ tions”, Phys Rev A, 20, pp 1798-1807 16 Hartree D R (1928), Proc Camb Phil Soc, 24, pp 328 17 Hohen erg P , Kohn W (1964), “Inho ogeneous E ectron G s”, Phys Rev, 136, pp B864-B871 18 Koutentis P A., Haddon R C., Oakley R T., Cordes A W and Brock C P.( 2001), “Perch orophen eny r dic , C13Cl9: a modulated structure with nine threefold-sy etric o ecu es in the sy etric unit,” Acta Cryst., vol B57, pp 680–691 19 Kohn W., Sham L J (1965), Phys Rev, “Se f-Consistent Equations Including Exch nge nd Corre tion Effects”, 140, pp A1133-1138 20 Levy M , Perdew J P , nd S hni V (1984), “Ex ct differenti equ tion for the density and ionization energy of a many-p rtic e syste ”, Phys Rev A, 30, pp 2745-2748 21 Lie E H (1981), “Tho s-fermi and related theories of atoms and o ecu es”, Rev Mod Phys, 53, pp 603-641 22 Makarova T., Palacio F (2006), Carbon-Based Magnetism, Elsevier, Amsterdam 23 Mulliken R S (1955), J Chem Phys., 23, 1833 Mulliken R S (1955), J Chem Phys., 23, 1841 24 Ohldag H., et al., Phys Rev Lett, 98, 187204 25 Parr R G., Yang W (1989), Density-Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford University Press, Oxford 26 Perdew J P., Burke K and Ernzerhof M (1996), Phys Rev Lett., 77, 3865 27 Rode A V., et al (2004), Phys Rev B, 70, 054407 28 Roos O , nd T y or P R (1980), “A co p ete ctive sp ce SC ethod (CASSCF) using a density matrix formulated super-CI ppro ch”, Chem Phys, 48(2), pp 157-173 46 29 Rooth n C C J (1951), “New eve op ents in Mo ecu r Or it Theory”, Rev Mod Phys, 23(2), pp 69-89 30 Springborg M (1997), Density-Functional Methods in Chemistry and Materials Science, JOHN WILEY & SONS 31 Saha K., Baskey M., Majumdar D (2010), Adv Mater, 22, 5531 32 Szabo A., and Ostlund N S (1996), Modern Quantum Chemistry, Dover 33 Talapatra S., et al (2005), Phys Rev Lett, 95, 097201 34 Takano Y., Taniguchi T., Isobe H., Kubo T., Morita Y., Yamamoto K., etc (2002), “Hy rid ensity unction Theory Studies on the M gnetic Interactions and the Weak Covalent Bonding for the Phenalenyl Radical i eric P ir,” J Am Chem Soc., vol 124, pp 11122–11130 35 Tho s L H (1975), “The c cu tion of to ic fie ds”, Proc Camb Phil Soc, 23, pp 542-548 36 Ukai T., Nakata K., Yamanaka S., Kubo T., Morita Y., Takada T., Yamaguchi K (2007), “CASCI- T study of the phen eny r dic syste ,” Polyhedron, vol 26, pp 2313–2319 37 Weizs cker C (1935), “Zur theorie dier kern ssen”, Z Phys, 96, pp 431- 458 38 Xia H., Li W., Song Y., Yang X., Liu X., Zhao M., Xia Y., Song C., Wang T., Zhu D., Gong J., Zhu Z (2008), Adv Mater 20, 4679 39 Y ng W , P rr R G , Lee C (1986), “V rious function s for the kinetic energy density of n to or o ecu e”, Phys Rev A, 34(6), pp 4586-4590 40 Yonei K (1971), “An extended Thos s-Fermi-Dirac theory for diatomic o ecu e”, J Phys Soc Jpn, 31, pp 882-894 47 ... THẢO LUẬN 24 3.1 Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử tính chất từ phân tử từ tính 24 3.2 Cấu trúc hình học, cấu trúc điên tử tính chất từ dimer [R1]2 25 3.3 Cấu trúc hình học, cấu trúc. .. tính to n cấu trúc bánh kẹp đư c thiết kế có cấu trúc sắt từ Để hiểu rõ v cấu trúc vật liệu dạng bánh kẹp R1/D3-Fn/R1, cấu trúc điện tử dạng vật liệu đư c nghiên cứu 32 Hình 3.9: Cấu trúc hình... Thị Trang TÍNH CHẤT TỪ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU DỰA TRÊN CÁC BON CÓ CẤU TRÚC BÁNH KẸP Chuyên ngành: Vật Lý Nhiệt Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA