Nghiên cứu môt số hệ vât liệu từ đặc biệt d

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI BÁO CÁO TỎNG KẾT KÉT QUẢ THựC HIỆN ĐÊ TÀI KH&CN CẤP ĐẠI HỌC QƯĨC GIA Tên đề tài: Nghiên cứu mơt “ • số hê• vât • liêu • từ đăc • biêt ■ d° Mã số đề tài: QG.13.05 Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Nguyễn Anh Tuấn Hà Nội, 2016 ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI BÁO CÁO TỎNG KÉT KẾT QUẢ THựC HIỆN ĐÈ TÀI KH&CN CẤP ĐẠI h ọ c QƯÓC g i a Tên đề tài: Nghiên cứu mơt liêu từ đăc biêt o • số • vât • • • • d° Mã số đề tài: QG.13.05 Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Nguyễn Anh Tuấn ĐA! HỌC QUỐC GíA HÀ NỘI TRUNG TẦM THƠNG TIN THƯ VIỆN -Q ũ ữ É Q ũ ù L iiiL - Hà Nội, 2016 PHẦN I TH Ô NG TIN CHUNG 1.1 Tên đề tài: N ghiên cứu m ột số hệ vật liệu từ đặc biệt d° 1.2 Mã số: Q G 13.05 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT C hức danh, hoc vi, ho tên Đơn vị công tác Vai trị thưc đề tài • hiên • PGS TS Nguyễn Anh Tuấn Trường ĐHKH Tự nhiên Chủ nhiệm đề tài GS TS Nguyễn Huy Sinh Trường ĐHKH Tự nhiên ủ y viên CN Trần Đình Thọ Trường ĐHKH Tự nhiên ủ y viên s v Lưu Thị Hậu K54 Vật lý Quốc tế, Trường ĐHKH Tự nhiên ủ y viên s v ĐỖ Thị Hồng K54 Vật lý Quốc tế, Trường ĐHKH Tự nhiên Ùy viên HVCH Lê Thị Phương Thảo Trường ĐHKH Tự nhiên ủ y viên HVCH Trần Thị Trang Trường ĐHKH Tự nhiên ủ y viên HVCH Nguyễn Văn Thành Trường ĐHKH Tự nhiên ủ y viên 1.4 Đ on vị chủ trì: 1.5 T hòi gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng năm 2013 đến tháng năm 2015 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng năm 2016 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng năm 2015 đến tháng năm 2016 1.6 N hững thay đổi so v ói thuyết m inh ban đầu (nếu có): khơng 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 200 triệu đồng PHÀN II TỐNG QUAN KÉT QUẢ NGHIÊN c ứ u Nghiên cứu số hệ vật liệu từ đặc biệt d° N guyễn Anh T u ấ n 1’2’3 *, N guyễn V ăn Thành*, L un T hị H ậ u 1, N guyễn Dưolầg Q uỳnh T ran g1, Tạ T hị O a n h 1, Lê H ữu P h c1, N guyễn H uy S in h ', Đ àm H iếu C hí3 1Khoa Vật lý, Trường Đ ại học K hoa học tự nhiên, Đ ại học Quôc g ia Hà Nội, 334 Nguyên Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội 2Trường Đ ại học Thủ đô Hà Nội, 98 D ương Quảng Hàm, c ầ u Giấy, Hà Nội Viện Khoa học C ông nghệ Tiên tiến Nhật Bản, 7-7, Asahidai, Nomi, Ishikawa, 923-1292 Japan *Email: tuanna2910(3),email, com TĨM TẮT Dựa lí thuyết phiếm hàm mật độ, nghiên cứu cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử tính chất từ số vật liệu từ d° dựa bon dạng đơn phân tử, dạng cặp phân từ (dimer) dạng bánh kẹp (sandwich) Kết nghiên cứu chúng tơi cho thấy ngun tử bon kết họp với số phân tử phi từ khác H, o , N s để tạo thành phân tử từ tính Tuy nhiên, phân tử kết cặp với để tạo thành dạng dimer hình thành tương tác phản sắt từ phủ lấp trực tiếp trạng thái 71 phân tử Hệ mô men từ tổng cộng dạng dimer bàng Đ ể tránh phủ lấp trực tiếp trạng thái 71 phân tử từ tính, vật liệu có cấu trúc bánh kẹp với phân tử phi từ xen hai phân tử từ tính nghiên cứu Bằng phương pháp này, nhiều vật liệu dựa bon có cấu trúc sắt từ thiết kế Hơn nữa, chế tương tác từ vật liệu từ dựa bon có cấu trúc bánh kẹp làm sáng tỏ Tiêu chuẩn sắt từ cho hệ vật liệu từ dựa bon có cấu trúc bánh kẹp thiết lập Các mối tương quan lực điện tử, cấu trúc điện tử, cấu trúc hình học với tính chất từ làm rõ Hiệu ứng kích thước, vai trị phối tử tính chất từ làm sáng tỏ Thêm vào đó, số phương pháp điều khiển tương tác trao đổi cấu trúc bánh kẹp đề xuất Những kết góp phần định hướng cho việc tổng hợp vật liệu từ dựa bon có từ độ lớn nhiệt độ trật tự từ cao Từ khóa: vật liệu từ d°, tương tác trao đổi, khoa học vật liệu tính tốn, dịch chuyển điện tích, nam châm hữu GIỚI THIỆU Trong năm gần đây, giới chứng kiến phát triển bùng nổ khoa học công nghệ vật liệu Đem lại bước đột phá lớn mặt sống Các linh kiện thiết bị điện tử ngày nhỏ gọn, tốc độ ngày cao thân thiện với người sử dụng Trong phải kể đến phát triển vật liệu từ Đầu tiên phải kể đến vật liệu từ truyền thống, kim loại chuyển tiếp, đất hợp chất chúng Vật liệu từ truyền thống đóng vai trị quan trọng xã hội ngày nay, chiếm thị phần hàng chục tỉ đô la năm Tuy nhiên, với đòi hỏi ngày cao việc rút gọn kích thước, tăng mật độ lưu trữ thông tin tốc độ xử lý linh kiện điện tử nhiều trường hợp vật liệu từ truyền thống khơng cịn đáp ứng nữa, dị hướng từ chúng biến kích thước chúng bị thu nhỏ hiệu ứng siêu thuận Đ ể giải vấn đề lớp vật liệu từ tìm gọi nam châm đơn phân tử [1-3] Đó phân tử bao gồm vài nguyên tử kim loại chuyển tiếp, đất số nguyên tử phi kim Các phân tử có kích thước vài nano mét lại có nhiều tính chất từ đặc biệt m nhiều triển vọng ứng dụng lưu trữ thông tin cấp độ phân tử, tính tốn lượng tử Gần đây, nhà khoa học lại tìm loại vật liệu từ mà chúng tạo thành từ nguyên tố phi từ [4-15] Điều làm cho nhà khoa học sửng sốt từ tính chúng hình thành hồn tồn từ trạng thái s p điện tử, đóng góp trạng thái d f N ên chúng gọi vật liệu từ d° Vật liệu từ d° vấn đề nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng phương diện nghiên cứu ứng dụng Vật liệu từ d° đem lại hiểu biết vô mẻ từ tính vật liệu với tiềm ứng dụng vô to lớn lĩnh vực điện tử học spin ứng dụng y sinh Trong lớp vật liệu mói có nhiều hệ cấu thành hoàn toàn từ nguyên tổ phi kim o , N , c H thân thiện với môi trường thể sống Như biết cácbon đến nguyên tố sống mà ngày có nhiều loại vật liệu tiên tiến với cấu trúc tính đặc biệt làm từ cácbon Đặc biệt từ cácbon chế tạo vật liệu từ hệ [4-15] V iệc phát vật liệu từ không chứa kim loại làm từ cácbon mở lĩnh vực nghiên cứu hứa hẹn mạng đến đột phá nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ [6,7] Trong tương lai không xa nam châm linh kiện điện tử nhẹ dẻo nhựa thân thiện với môi trường sống trở nên quen thuộc với Nghiên cứu chế hình thành mơmen từ định xứ trật tự từ xa vật liệu từ dựa bon vấn đề cốt yếu để phát triển loại vật liệu Từ năm 2000, vật liệu từ dựa bon với trật tự từ xa nhiệt độ phòng phát [7] Tuy nhiên, tồn vật liệu dựa bon có tính sắt từ nhiệt độ phịng mang tính tình cờ, khó lặp lại [7-10,12] Hơn từ độ bão hòa chúng thường nhỏ Ms * 0,1 - em u/g [7] Cho đến nay, có cơng bố vật liệu từ dựa graphite có mơ men từ bão hòa đạt đến giá trị Ms = 9,3 emu/g [10] Làm để tạo vật liệu từ dựa bon với trật tự sắt từ nhiệt độ cao có từ độ lớn thách thức lớn cho nhà khoa học Trong đề tài này, tập trung nghiên cứu nguồn gốc từ tính số hệ vật liệu từ đặc biệt d° dựa bon nhằm góp phần định hướng cho việc thiết kế chế tạo vật liệu từ hệ với tính chất từ mong muốn PHƯƠNG PH Á P N G H IÊ N c ứ u Các tính tốn nghiên cứu thực phần mềm D M ol3 [16] với hệ hàm sở kép phân cực Để xác định lương tương quan trao đổi, phiếm hàm xấp xỉ biến đổi mật độ tổng quát PBE sử dụng [17] Tương tác điện tử hóa trị điện tử lớp bên tính trực tiếp khơng sử dụng hàm giả Phương pháp Grimme [18] sử dụng để tính lượng tương tác van der Waals Điện tích m ơm en từ nguyên tử thu việc sử dụng phương pháp phân tích phân bố Mulliken [19,20], Đ ể đảm bảo độ xác cao, bán kính nguyên tử lấy đến giá trị  tất nguyên tử Điều kiện hội tụ lượng tính tốn tự hợp để xác định mật độ điện tử ứng với lượng cực tiểu 1X10 Ha Trong trình tìm cấu trúc tối ưu, điều kiện hội tụ tương ứng l x i o -5, lx ic r and lx l(T 3đơn vị nguyên tử lượng, lực tác dụng độ dịch chuyển nguyên tử Tham số tương tác trao đổi hiệu dụng J vật liệu từ dựa bon thông qua tách mức trạng thái singlet triplet [21-23]: tính tốn 2J —A £st = Es - E j đó, Es Et tương ứng tổng lượng điện tử trạng thái singlet triplet vật liệu Ái lực điện tử phân tử phi từ tính theo cơng thức: Ea = E ~ - E E E~ tương ứng lượng phân tử phi từ trạng thái trung hòa trạng thái nhận thêm điện tử Mật độ biến dạng điện tử cùa stacks (MDED) xác định công thức: Ap —Psandwich — (Pradical + đ â y Psandvvich? PradicaU Víì pdiamagnetic_molecule t n ^ /?diamagnetic_molecule + Pradical) lã m ậ t đ ọ đ i ọ n t CUã s tâ c lc , p h â ĩl tir t t i n h c o lập, phân tử phi từ cô lập Năng luợng hình thành stacks từ phân tử thành phần xác định theo công thức: E f — -Estack — ( /?radical + £diamagnetic_molecule) Ở Estack, ^radical, £diamagnetic_molecule tương ứng tổng lượng stack, phân tử từ tính, phân tử phi từ KẾT QUẢ VÀ T H Ả O LUẬN Để làm sáng tỏ chế hình thành mơ men từ chế tương tác vật liệu từ dựa bon, thiết kế nghiên cứu cách hệ thống nhiều cấu trúc vật liệu từ dựa bon từ đơn giản đến phức tạp [23-28], Rị R2 R3 Hình Cấu trúc hình học số phân tử từ tính dựa nano graphene Ri, Rỉ R.3 Trước tiên nghiên cứu hệ đơn phân tử dựa bon có cơng thức tổng qt C6n+7H 2n+7 (ký hiệu Rn, n = 1, 2, ) [23-28] cấ u trúc hình học số phân tử thuộc hệ biểu diễn Hình Đây phân tử dạng nano graphene, mồi phân tử tạo thành từ 2n + vịng thơm Có 2n+7 nguyên tử H nằm biên phân tử Kết tính tốn chúng tơi cho thấy phân tử Rn có mơ men từ |aB Mơ men từ hình thành từ đến tách mức lượng trạng thái sau lai hóa lớn hệ liên kết phản sắt từchiếm ưu [23-28] [ R ,]2 [ R 3] [ R 2] z Hình Quỹ đạo phân tử cao bị chiếm cùa số dim er [RiJ , [ R2J [R ỉ] Đe tránh phủ lấp trực tiếp trạng thái trẽn nano graphene có cơng thức tổng quát đuợc thiết kế xen vào hai phân tử Rn 71 phân tử C (m k+ m +k)H 2(m +k+ D Rn, (ký kiệu phân tử phi từ dựa Dmk với m, k = 1-10) tạo thành cấu trúc dạng bánh kẹp R n /D m k /R n [23-28] Dnk họ phân tử nano graphene khơng có từ tính, phân tử gồm có 2(m.k+m+k) ngun tử c liên kết với tạo m.k vòng benzene bao quanh 2(m +k+l) nguyên tử H biên phân tử Céu trúc hình học số phân tử Dmk biểu diễn Hình Hình Cấu trúc hình học sổ phân tử ph i từ dựa nano graphene Dtnk D mk ■ R„ H ình Mơ hình vật liệu có cấu trúc bảnh kẹp dựa nano graphene Rn/Dmk/RnMơ hình vật liệu có cấu trúc bánh kẹp trình bày Hình Kết nghiên cứu chúng tơi cho thấy ràng nhiều cấu trúc bánh kẹp từ tính Rn R n /D m k /R n có tương tác sắt từ phân tử [23-28], Hệ mô men từ cấu trúc bánh kẹp |4.B- Sự phân cực spin số cấu trúc bánh kẹp biểu diễn Hình R 4/ D 2.3/ R R4/D2-1C/R4 Hình Sự phân cực spin số cấu trúc bánh kẹp dựa nano graphene Rn/Dmk/Rn c ấ u trúc bánh kẹp R4/D2-10/R4 có tương tác sắt từ, cấu trúc R4/D 2-Ỉ/R4 có tương tác phàn sat từ (Mã màu: màu xanh/đậm spin up, màu vàng/nhạt spin down) Tuy nhiên, số hệ cấu trúc bánh kẹp R n /D m k /R n , tương tác phân tử Rn lại phản sắt từ dẫn đến mô men từ tổng cộng bàng [23,26,27], mơ tả Hình cho trường hợp cấu trúc bánh kẹp R4/D 2-3/R Kết đòi hỏi phải làm rõ chế tương tác từ cấu trúc bánh kẹp R n /D m k /R n để từ định hướng cho việc tổng họp hệ vật liệu từ dựa bon có tính chất mong muốn, đặc biệt hệ vật liệu có mơ men từ lớn tương tác từ mạnh Chúng bước làm sáng tỏ điều Trước tiên, nghiên cứu cấu trúc bánh kẹp R n /D m k /R n có tương tác sắt từ [26] Trong cấu trúc này, có hai điện tử khơng ghép cặp, hai điện tử chiếm hai mức lượng cao SOMO SOMO-1 (SOMO = Single Occupied Molecular Orbital) Kết nghiên cứu bước đầu ràng khe lượng hai quỹ đạo SOMO SOMO-1 nhỏ tương tác sắt từ mạnh, thể Bảng [26] Tuy nhiên, kết không vận dụng đế lý giải cho trường hợp tương tác phản sắt từ Báng M ối tương quan tham số tương tác trao đổi (J) khe lượng s o MO (ầEsoMo) sổ cẩu trúc bảnh kẹp [26] J/kB (K) A£somo (eV) 232 0.092 691 0.087 210 0.028 104 0.027 1073 0.011 2275 0.009 B ảng Một sổ tham số đặc trưng hệ vật liệu có cẩu trúc bánh kẹp R 4/D J R (m = -10): khoảng cách R 4-R (d'), tham so tương tác trao đổi (J), điện tích chuyển từ R4 đến Dĩm (An), phân cực spin Dĩm (Ảm), lực điện tử Ũ2m (Ea), lượng hình thành (Ef) [23] m d(Ả) J/kB (K) An (e) Am (|ìb) Ea(eV) Ef (e V) 3.259 -3 0.034 0.078 -1.01 -2 3.239 -3 -0 0.142 -1.51 -2 3.231 103 -0 0.287 -1 -2 6 3.230 232 -0 0.387 -2 -3 3.226 345 -0.181 0.418 -2 3 -3.51 3.214 507 -0 0.454 -2 -3 Tiếp theo nghiên cứu kỹ cho thấy phân tử tử Dmk để tạo thành cấu trúc bánh kẹp phân tử Dmk R n /D m k /R n Rn Rn 10 3.217 832 -0.182 0.392 -2 -3 kết hợp với phân có chuyển điện tích phân từ [23-25,27], Điện từ chuyển từ phân tử Càng có nhiều điện tử chuyển từ phân tử 3.217 689 -0.185 0.390 -2 -3 Rn Rn sang phân tử Dmk ngược lại sang phân tử Dmk tương tác sắt từ cấu trúc bánh kẹp R n /D m k /R n mạnh, đồng thời phân cực spin phân tử phi từ Dmk lớn [23- 25,27], liệt kê Bảng Ngược lại, tương tác phản sắt từ chiếm ưu điện tử chuyển từ phân tử Dmk sang phân tử Rn [23,25,27], trường họp phân cực spin phân tử phi từ Dmk gần bàng [23], Bảng Như chuyển điện tích đóng vai trị quan trọng tương tác từ cấu trúc bánh kẹp Rn/Dmk/Rn Sự chuyển điện tích phân tử Rn Dtnk điều chỉnh lực điện tử tương đôi chúng Sừ dụng phân tử phi từ Dmk có lực điện tử lớn so với phân từ từ tính thè tăng cường chuyển điện tử từ phân tử từ tính Rn sang phân tử phi từ Rn có có thê tăng D m k, cuờng tương tác sắt từ cấu trúc bánh kẹp Rn/Dmk/Rn [23,25,27], Bảng M ột sổ tham sổ đặc trưng hệ vật liệu có cấu trúc bánh kẹp R -X/D 25 /R -X stacks: tham so tương tác trao đổi (J), khoảng cách R -X -R -X (d), điện tích chuyên từ R i-X ãên D25 (An), sụ phân cực spin D25 (Ảm), lực điện tử cùa R i-X (Ea), lượng hình thành (Ef) [27], Stacks J/kB (K) d(k) Ân (e) Am (i^b) Ea(eV) £ /(eV ) R 1-CN/D 25/R 1-CN 0.000 0.390 248 R /D /R 277 603 654 -0 0 -0 4 -0 -3 -2 R -O H /D /R -O H 6.302 6.382 6.454 6.375 0.423 R - C I/D /R - C I -3 129 0.397 0.389 -1 -1 -0 -2 - 2.00 -1 6.359 6,389 -0 7 -0.411 0.420 0.490 -1 3 -1 - 2.00 -2 R 1-S/D 25/R 1-S R i - N H 2/ D 25/ R i - N H B ảng Ai lực điện tử hệ phân tử phi từ Dmk (m, k - -1 ) tính theo đơn vị e V Dmk 2 -0 3 - 1.01 -1 -1 5 - 1.88 -2 -2 3 -2 -2 10 -2 -1 - 2.20 -2 -2 -2 -2 -2 -2 - 2.66 -2 -2 -2 -2 -2 -2 - 2.86 -2 -2 -3 -2 -2 -3 -2 -2 5 -2 -2 7 -2 -2 -2 8 10 Đe định hướng rõ cho việc tống họp câu trúc bánh kẹp R n /D m k /R n -3 -3 - 2.88 -3 -3 -3 có tính chât từ mong muốn, nghiên cứu cách hệ thống lực điện tử phân từ phi từ Dmk phân từ từ tính R n Kết nghiên cứu lực điện từ phân tử Dmk R n tăng theo số n, m k, liệt kê Bảng Điều có nghĩa lực điện tử phân tử Dmk R n tăng theo kích thước chúng, cụ thể phân tử D 22 có lực điện tử -0.32 eV tăng đến giá trị -3.16 eV với D 10 10- Kết cho phép dự đoán tương tác sắt từ cấu trúc bánh kẹp R n /D m k /R n tăng theo kích thước phân từ phi từ Dmk Đe khẳng định điều chúng tơi tính tốn hàng số tương tác trao đổi (J) cấu trúc bánh kẹp R n /D m k /R n Ket mong đợi, J > bánh kẹp có phân tử Dmk lớn Jtă n g theo kích thước phân tử Dmk [23,25], minh họa Bảng Một số cấu trúc bánh kẹp có số tương tác trao đổi M b ~ 1000 K chúng tơi cơng bố [23] Ngược lại việc giảm kích thước phân tử Dm k tăng kích thước phân tử Rn dẫn đến việc chuyển từ tương tác sắt từ sang tương tác phản sắt từ cấu trúc bánh kẹp [23] Bên cạnh việc thay đổi lực điện từ thông qua kích thước phân tử chúng tơi làm biến đổi lực điện từ phân tử Rn Rn Dmk, Dmk việc thay nhóm phối tử có lực điện tử khác cho số nguyên tử H biên phân tử Rn Dmk Cách tiếp cận có ưu điểm khơng làm thay đổi nhiều đến kích thước cấu trúc bánh kẹp điều khiển tính chất từ tương tác trao đổi cấu trúc bánh kẹp [24,27] Việc thay số nguyên tử H biên phân tử Dmk nhóm phối tử có lực điện tử lớn hơn, ví dụ CN Cl, cho làm tăng cường tương tác sắt từ cấu trúc bánh kẹp Tương tác sắt từ tăng cường thay số nguyên tử H biên phân tử Rn nhóm phối tử có lực điện tử nhỏ hơn, ví dụ N H S [27], minh họa Bảng Ngược lại, tương tác phản sắt từ cấu trúc bánh kẹp R n /D m k /R n tăng cường thay số nguyên tử H phân tử Rn nhóm phối tử có lực điện tử lớn hơn, thay số nguyên tử H phân tử Dmk nhóm phối từ có lực điện tử nhỏ ■'HOMO (a) Cẩu hình AFM R /D ^ /R ^ (b) ”Ì S h HBh c ấ u hình FM Rn/D mk/R n Hình Giản đồ mô tả chế tương tác sắt từ (FM) phản sắt từ (AFM) vật liệu có cấu trúc bánh kẹp dựa graphene Rn/Dmk/Rr,: (à) c ẩ u hình AFM kết từ lai hóa Rn HOMO Ũ m HOMO, (b) c ấ u hình FM kết từ lai hóa Rn HOMO and the Dmk LU MO Các kết nghiên cứu tương quan từ-cấu trúc, tương quan chuyển điện tích tương tác trao đổi, hiệu ứng kích thước, vai trò phối tử vai trò biên đổi với tính chất từ số hệ vật liệu từ dựa bon Những mối tương quan góp phần định hướng cho việc tổng hợp điều khiển tính chất từ vật liệu từ dựa 044101-6 Dam el al J Chem Phys 140, 044101 (2014) 4.1 2.8 ■p 2.6 4 C alculated (n B) 4.1 C alculated m B ( |iB) FIG Calculated (by DFT) and predicted (by data m ining) m a g n e t m om ents o f M n4 + ion at site A and M n3 + ion at sites B ((a) mA and (b) mg) for 114 f M n3+ single m olecular magnets The red line represents the ideal correlation between calculated and predicted results FIG The graph represents all relations betw een the features Brown nodes and w hite nodes indicate independent and dependent features, respectively Red edges and blue edges indicate positive and negative correlation, respectively T he arrow s are from response variables to explanatory variables The edges are plot with pen-widths in proportion lo the values o f the c o esp o n d in g relations article is copyrighted as indicated in the article Reuse of AIP content is subject to the terms at: http://scitation.aip.org/termsconditions Downloaded to IP: 150.65.78.114 On: Fri, 21 Feb 2014 02:42:25 044101-7 J Chem Phys 140, 044101 (2014) Dam et al T his result hints us to use a and d Aii as interm ediate in dicators for d esig n in g SM M s H ow ever, these structural features are com putationally exp en sive and it is hard to predict accurately the values o f a and d AB from the features such as the electron n egativities and ionization energies o f the constituent ligands in w h ich inclu de no inform ation about the coordinating prop­ erties o f the ligands w ith m etal ions Therefore, com putation­ ally cheap and ligand coordinating properties inclusive fea­ tures sh ould be added to im prove the representability o f the feature set and the predictive pow er o f the regression model We d esign a series o f artificial m o lecu les w hich consist o f three M 11CI2 groups n ected b y a ligand L (Fig 8(a)) The d esign ed artificial m olecu les have a general chem ical for­ m ula [(M n + C l2>3L] with the sam e L (= L L ) as w e used for d esign in g the SM M s The constructed m olecular structures w ere op tim ized by using the sam e com putational method We FIG The sim plified graph represents the relations betw een selected fea­ tures Brown nodes and white nodes indicate independent and dependent fea­ tures, respectively Red edges and blue edges indicate positive and negative correlation, respectively T he arrow s are from response variables to explana­ tory variables T he edges are plotted with pen-w idths in proportion to the values o f the corresponding relations use the distance betw een Mn ion sites datf and the angle Y structures o f S M M s w ith L = have larger an gle a w ithin a SM M s We then exam ine w hether the additional features can im ­ form ed b etw een tw o links betw een M n ion sites and L \ as tw o additional features (feature (18) and (1 )) for describing the coordinating properties o f ligand L D u e to the sim p lic­ ity in the structure o f the artificial m olecu les, these features are com putationally much cheaper than the a and d AB o f the range o f ° -9 5 ° For the S M M s w ith L I = N , the angle a is w ithin a broad range o f =- ° For the S M M s w ith the prove the accuracy o f the prediction o f the exchange co u ­ sam e L, the a linearly varies w ith the distan ce dAiỊ, and this c o ela tio n can be understood by sid erin g the m agnetic in­ p lin g J ab ^ b from properties (features ( l ) - ( ) , (18), (19)) o f the constituent ligands It is found that the exchange co u ­ teraction betw een M n ion s at A and B site s v ia the ligand LI p lin g J a b ^ b can be predicted quite w ell by a linear model T his observation confirm s the reason ab ility o f the relations sum m arized in the graph b etw een featu res o f the S M M s It is worth noting that the obtained graph sh o w s a high im pact a usin g Xxt X zi X u , E [ A, and datf as explanatory variables w ith an average relative error o f less than 8% (R = 0.9 ) as sh ow n in Figure T his result im p lies that the additional fea­ and dfyB in the determ ination o f the ex ch a n g e c o u p lin g JAti/kij tures extracted from the geom etrical structure o f the designed 96 95 94 fi z o JT ã< > Ơ ASsfcr*đ' -i < K jj > mmmm : b s y z tr 31 * § IE I > o Qđ IUYÊN ANH TUẤN s LÝ THUYẾT PHIẺM HÀM MẬT ĐỘ VÀ MỘT số ỬNG DỤNG TRONG KHOA HỌC VẬT LIỆU m cộ CÓ o o NGUYỄN ANH TUẤN LÝ THUYẾT PHIÉM HÀM MẬT ĐỘ VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG KHOA HỌC VẬT LIỆU • • • N H À X U Ấ T B Ả N Đ Ạ I HỌC Q U Ố C G IA H À NỘ I LÝ THUYẾT PHIẾM H À M M Ậ T Đ Ộ 4.2 Sự phân cực spin phối từ: Phân từ [Co(dioxolene)2(4-N02-py)2Ì .132 4.2.1 Cấu trúc hình học 132 4.4.2 Cấu trúc điện tử 136 4.2.3 Đặc trưng chuyển pha spin 138 4.2.4 Tóm tắt kết quà nghiên cứu vai trò cùa phân cực spin phối tử 139 4.3 Điều khiến đặc trưng chuyến pha spin bang cách thay đôi phoi từ: Hệ phân từ Fe" 140 4.3.1 Vai trò phối từ nhiệt độchuyển pha spin 140 4.3.2 Vai trò phối tử tínhtrễ nhiệt chuyển pha spin 142 Chương 5: Ảnh hưởng dung mơi tỏi tính chất phân tử chuyển pha spin 146 5.1 Mở đầu 146 5.2 Phương pháp tính tốn 147 5.3 S ự ành hướng cùa dung mơi tới cấu trúc hình h ọ c 147 5.4 Sựành hưởng cùa dung môi tới cáu trúc điện từ 149 5.5 Tóm tat kết quà nghiên cứu vể ánh hướng cùa dung m ôi 153 Chương 6: ứ n g dụng DFT nghiên cứu thiết kế vật liệu từ dựa cácbon 154 ỉ Giới thiệu vật liệu từ dựa cácbon ] 54 6.2 Phương pháp tính tốn 156 6.3 Tính chắt từ cùa số đơti phân từ 156 6.4 Tính chat từ cùa so dim er 158 MỤC LỤC _ 6.5 Thiêt kê vật liệu từ dựa cácbon có cấu trúc sắt từ 159 6.6 Cơ chế tương tác 161 6.7 Đánh giá độ bền cùa stack 163 6.8 Tóm tắt két quà nghiên cứu vật liệu từ dựa cácbon 164 Phụ lụ c 167 Phụ lục ì: Hệ đơn vị nguyên tứ 167 Phụ ỉục 2: Một sổ phần mềm tính tốn dựa DFT 167 Tài liệu tham khảo 169 ... chúng gọi vật liệu từ d? ? Vật liệu từ d? ? vấn đề nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng phương diện nghiên cứu ứng d? ??ng Vật liệu từ d? ? đem lại hiểu biết vô mẻ từ tính vật liệu với tiềm ứng d? ??ng vô to lớn... phiếm hàm mật độ, nghiên cứu cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử tính chất từ số vật liệu từ d? ? d? ??a bon d? ??ng đơn phân tử, d? ??ng cặp phân từ (dimer) d? ??ng bánh kẹp (sandwich) Kết nghiên cứu chúng tơi... loại vật liệu tiên tiến với cấu trúc tính đặc biệt làm từ cácbon Đặc biệt từ cácbon chế tạo vật liệu từ hệ [4-15] V iệc phát vật liệu từ không chứa kim loại làm từ cácbon mở lĩnh vực nghiên cứu hứa