刘丽娜论文答辩.ppt

基于自旋Hamiltonian理论对分子磁性各向异性的简化计算 答辩人 刘丽娜专业 原子与分子物理指导教师 孙小军教授 2 汇报提纲 研究背景及意义磁交换理论模型含不同配体的配位聚合物的磁性研究总结 3 研究背景及意义 选题背景分子磁学已成为跨越物理 化学等诸多学科最为活跃的领域之一 配位化学的磁性研究也逐渐成为该领域的重要分支很多理论技巧都被应用去研究海森堡模型 4 研究目的通过测定配合物的磁化率 可以确定分子中的未成对电子数 通过测定配合物的磁化率随温度的变化曲线 得到J值 通过不同配体的配合物 定性对磁参数 J D 进行分析 5 国内外研究现状分子基磁性材料的磁性来源非常复杂 目前的研究基本上还处于经验积累和定性解释 除各向同性 Zeeman效应项以外 还考虑单离子各向异性模型 目前这种模型可用Magpack程序包进行计算 但得到的是数值解 分子总自旋各向异性来源于单离子各向异性 但却不是简单之和 关于二者之间的关联和物理内涵 目前还没有相关文献报道 6 磁交换理论模型 分子磁性中的物理基础磁交换模型简介模型I的推导模型II的推导 7 分子磁性中的物理基础 磁化率与温度的关系a 顺磁性b 铁磁性c 反铁磁性 值的大小反映的是两近邻自旋间的耦合强度 铁磁性的 为正值反铁磁性的 为负值 其他的磁有序现象 反铁磁性 亚铁磁性 铁磁性 顺磁性 分子基磁体的磁现象类型 1 分子基磁体的磁现象类型 高于居里温度 磁化率遵循居里 外斯定律 8 2Heisenberg模型 Heisenberg交换模型将磁性按J值分类 这既便于根据实验J值来确定物质的磁性 又便于通过J值的计算来寻找磁性现象的微观机理 这对物质磁性理论的发展具有决定性意义 n核体系 J 0铁磁性耦合 J 0反铁磁性耦合 1分子磁性来源 来源于分子或离子中未成对电子自旋之间的耦合作用 2 分子磁性的物理基础 是研究分子磁性的基本公式 9 磁交换模型简介 模型I 模型II 分子总自旋各向异性项 单离子各向异性项 各向同性项 Zeeman效应项 1 2 10 模型I的推导通过非耦合表象的方法可以得到 1 式的矩阵如下形式 3 4 11 根据量子力学的知识可以解得 4 式的本征值为 5 12 根据论文中的磁化率公式 2 1 12 式 可以计算出单离子各向异性Hamiltonian量的磁化率 6 其中 13 模型II的推导用耦合表象下自旋波函数的方法来计算得到其本征值为当时 则当时 则当时 则 7 8 14 根据论文中的磁化率公式 2 1 12 式 可以计算出分子总自旋各向异性Hamiltonian量的磁化率其中 9 15 含不同配体配位聚合物的磁性研究 配合物1 Ni2 TPA 2 Cl2 ClO4 2 H2O 三个图中的变温磁化率都是随着温度下降 磁化率变化缓慢 低于40K以后磁化率剧增 这种行为是铁磁性行为 J 0 分子内金属离子之间存在弱铁磁相互作用 0 分子之间存在弱的反铁磁相互作用 Di Dt 分子总自旋的各向异性来源于单离子的各向异性 16 配合物2 Ni2 2 aminoethyl pyridine 4 N3 2 PF6 2 上面两个图中的磁化率都是随着温度变化而变化 磁化率的值增加到40K时达到最大 然后又减小 这种行为是反铁磁耦合行为 J 0 分子内金属离子之间存在反铁磁相互作用 Di Dt 可能是由晶体的结构特点引起的 17 配合物3 Ni2 en 4 SCN 2 ClO4 2 一个Ni II 离子被一个SCN 离子的N原子 另一个SCN 离子的S原子及两个乙二胺分子的四个氮原子所配位 J 0 分子内金属离子之间存在弱铁磁相互作用 文献中配合物 Ni2 tren 4 SCN 2 BPh4 2和 Ni2 en 4 SCN 2 I2的J值分别为J 2 4cm 1和J 4 5cm 1 比较三种配合物J值可知 外界平衡阴离子对配离子内金属间磁相互作用强弱也起着十分重要的作用 18 配合物4 Ni dpmap H2O 2 ClO4 2 3 CH3 2CO 图中的变温磁化率都是随着温度下降 磁化率变化缓慢 低于40K以后磁化率剧增 这种行为宏观上是铁磁性行为 J 0 分子内金属离子之间存在弱反铁磁相互作用 零场分裂在表征各向异性的交换作用中起了很重要的作用 也是引起弱反铁磁性原因之一 19 配合物5 Ni oxae Ni phen 2 ClO4 2 3H2O J 0 镍 II 离子之间存在弱的反铁磁相互作用 文献中草酰胺类桥联配体的J 243 5cm 1 J 112 7cm 1 J 92 4cm 1 比较可知 该配合物中Ni II 一Ni II 离子间的磁相互作用较弱 原因可能在于该配合物的桥联配体有一个较大的取代基 N 丁基所致 20 总结 分子基磁性的理论研究虽然取得了很大进展