磁性超卤素团簇的理论研究

Recently, superatom have became a promising direction in the field of material and atmospheric environment science due to its peculiar character. It has been proved that the excellent electromagnetic properties of functional materials might produce by doping transition metels (TMs). Therefore, probing the superatom doped transtion metals with strong stability increasingly became the focus of this field. Recently, the study on the superatom included two branches: superalkali, and superhalogen. In this proposal, our effort is to study the superhylogen with magnetic character when the transition metals are surrounded by halogen elements, superhalogen, or halogenoids. The object is to obtain magnetic hyperhalogen with higher electronic affinity (EA) by varying center transition metal, the kind of ligands, and composition, which can serve as ingredients in the synthesis of new magnetic salts. Through the studuy of the proposal, we hope that the result obtained will provide some optential basis for the development of experiment.

超原子以其自身奇特的物理性质成为近几年功能材料、大气环境科学倍受关注的对象，而获得优异电磁性质的新型材料需要过渡金属的引入，因此探索具有超稳定性含过渡金属的超原子成为关注的焦点。目前，超原子的研究主要集中在超碱金属和超卤素两个方面。本项目重点探索过渡金属作为中心原子卤素、超卤素或类卤基作为配体形成原子簇的超级卤化物行为，通过改变过渡金属、配体种类和组分，获得亲和能更高的磁性超卤素，为设计新型的磁性盐类提供可行的组成部分。通过本项目的研究，力争为实验提供一些有力的理论依据，为进一步发展和应用提供理论预言。

首先，本项目利用密度泛函理论已经完成对Na掺入In团簇生成的InnNa2团簇进行了研究，发现In6Na2具有幻数团簇的性质，而且通过与纯In团簇电子结构的比较，发现Na掺入小铟团簇中In仅有一个外层电子参与作用，而碱性金属掺入尺寸中等的In团簇中In原子显现+3价。正在进展中的是关于对TM(OH)n和TM(OH)n（TM=Co，Ni）原子簇的理论研究，发现在n=3时电子亲和能大于3.6eV，为超级卤化物，目前正在讨论其磁性随过渡金属种类的变化规律，电子亲和能随超卤素数目的变化情况以及配体的变化，寻求生成的超级卤化物的电子亲和能与中心原子和配体的关系。其次，我们已经完成外界压力或内部变化对不同的钙钛矿的电子性质所带来的影响的计算。发现随着外加压强的变化，NiCrO3钙钛矿从反铁磁半导体变成反铁磁半金属，自旋向上和自旋向下通道的能隙呈现不同的变化范围，从而实现通过改变外加条件来达到调节材料性质的目的。通过设置钙钛矿Sr2FeMoO6-δ中氧空位的含量，化合物中的两个离子Fe和Mn的电子构型分别处于不同的自旋态。而且发现在δ的值较大时，钙钛矿Sr2FeMoO6-δ具有半金属特性，为实验开辟了一条道路，通过变换氧空位的含量可以获得半金属材料。最后，我们注意到石墨烯和衬底之间的相互作用将会损坏石墨烯本身的特性，降低其在电子器件方面的潜力。我们利用第一性原理计算探索了石墨状的ZnO层作为石墨烯理想的衬底的可能性。分别计算了有氧缺陷和完整的ZnO衬底与石墨烯的作用，发现石墨烯本身的特性仍然存在。除此之外，我们发现石墨烯和ZnO的双层体系表现出更好的光学特性。