分子轨道近似在八面体共价晶体中3d过渡金属离子轨道角动量和旋-轨耦合中的应用(英文)

用分子轨道近似推导了 3d过渡金属离子在八面体晶体中轨道角动量和旋 轨耦合矩阵 ,同时得到了这些矩阵元与3d离子在纯晶体场近似下的矩阵之间的关系 .通过以上矩阵元和关系可以很容易地计算 3d离子在八面体晶体中的旋 轨、自旋 自旋和塞曼作用矩阵 .

3d金属离子对H_2O_2氧化活性艳红的催化性能

以H2O2氧化活性艳红为研究对象,探讨了七种3d金属离子的催化性能、影响因子及其作用、氧化降解动力学和催化作用机理.通过对pH值、氧化剂用量、金属离子浓度、温度的影响研究,确定了七种3d轨道过渡金属离子的催化性能大小为:Fe3+>Cu2+>Co2+>Mn2+>Cr3+>Ni2+>Zn2+.在此基础上得到了该催化氧化反应的一级动力学模型,通过一级动力学模型求得各个金属离子的表观活化能,从活化能的大小得出受温度影响大小的顺序为:Cr3+>Mn2+>Co2+>Cu2+>Ni2+>Zn2+>Fe3+.

3d过渡金属离子在晶体中的光学和磁学性质理论研究的基础和现状

3d过渡金属离子研究较多的是V2+、Cr2+、Cr3+、Mn2+、Mn3+、Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+和Cu2+,它们是一类活跃的金属离子,包含这些离子的晶体的光学和磁学性质大多决定于这些离子,这些离子掺杂在其它晶体中常会很大地改变原晶体的物理和化学性质,因而一直是实验和理论研究的热点.介绍了3d过渡金属离子在晶体中的光学和磁学性质研究的理论基础——被广泛应用的晶体场理论近似和分子轨道理论近似,分析了晶体场理论在研究共价晶体特别是半导体中遇到的困难;讨论了分子轨道模型和双旋轨耦合模型应用中所面临的问题.列举了近年来关于3d过渡金属离子在晶体中的光吸收谱、电子顺磁共振谱、塞曼谱、磁化强度、磁化率、磁比热等光学和磁学性质理论研究中取得的成果和遇到的困难,还对一些3d过渡金属离子在晶体中的某些光学和磁学性质进一步的理论研究做了展望.

高配位3d过渡金属单离子磁体磁各向异性研究

单离子磁体(SIMs)因其磁性双稳态和慢弛豫机制而在高密度信息存储、量子计算和分子自旋电子学等方面具有潜在的应用价值。其中3d过渡金属单离子磁体(3d‑SIMs)磁构关系较为简单且易于分析,因此得到了众多研究者的关注。目前文献上报道的大多数3d‑SIMs通常具有较低的配位数,而对于高配位(七配位和八配位)的3d‑SIMs缺少深入而系统的研究。我们结合近年来的研究成果,从磁各向异性的基本性质、实验表征和理论计算3个方面出发,对高配位3d过渡金属单离子磁体的配位环境、磁各向异性和慢磁弛豫行为进行了综述,分析了配位构型和配位原子等配位环境对高配位3d过渡金属单离子磁体磁各向异性的影响,为高配位3d过渡金属单分子磁体的设计与调控提供思路。

3d过渡金属离子在无机化合物中的基态能级及变价趋势理论探索

3d过渡金属(3d-TM,Transition metal,原子序数21~30)离子在无机发光材料领域展示了广阔的应用前景。通常,3d-TM离子在化合物中容易变价且其基态位置难以确定,这成为当前3d-TM离子激活发光材料智能设计的难点。本文综述了3d-TM离子在无机化合物中的光谱数据和第一性原理计算的光学转变能级,总结了3d-TM离子基态在无机化合物中的演化规律,给出了3d-TM离子在化合物中的变价趋势和物理本质。最后,结合以上电子结构信息,对3d-TM离子激活发光材料的设计方式进行了展望。

等离子体电弧3D打印Ti-6Al-4V成形工艺与性能研究

针对等离子体电弧3D打印成形钛合金表面精度低、组织性能难以调控的技术难题,该文利用控制变量法,研究了工艺参数对堆积金属的尺寸参数与形状参数的影响规律,并通过优化得到最适宜的堆积工艺参数。堆积得到的Ti-6Al-4V构件可分为3个区域:顶层区域主要由粗大的α_(GB)和α_(M)构成;中间层区域的α_(M)长宽比明显减小,出现少量片层状组织(α colony);底层区域主要由相对均匀的网篮状α+β组成。通过实验测试,等离子体电弧3D打印得到的钛合金构件的尺寸误差小于2%,拉伸强度为1 150 MPa,构件的成形精度和力学性能均满足使用要求。

具有零场单分子磁体性质的钴单离子磁体

单分子磁体材料作为真正意义上的纳米级磁性材料,具有非常广阔的应用前景,研究者们致力于开发性能更优秀,更稳定的单分子磁体。作为特殊的单分子磁体,3d过渡金属单离子磁体磁构关系较为简单,通过适当调控配体场即可将中心金属离子的各向异性最大化,因此3d过渡金属单离子磁体自然而然的成为了前沿研究热点之一。在3d过渡金属单离子磁体中,由于钴离子具有较大的磁各向异性,因此关于钴基配合物的研究与报道居多。但目前报道的大都为场致单离子磁体,很少有单核配合物在零场下表现出慢磁弛豫行为,因此对于零场钴单离子磁体亟需更加深入地研究。本文结合现有研究成果,以单核钴配合物为研究基础,从配位数和配位构型出发,对具有零场单分子磁体性质的钴单离子磁体进行综述,为进一步研究高性能单分子磁体提供新思路。

3d过渡金属离子注入锐钛矿TiO2第一性原理研究

用金属离子注入方法在锐钛矿TiO2薄膜中掺杂3d过渡金属(V,Cr和Fe)离子,采用全势线性缀加平面波(FP-LAPW)方法计算3d过渡金属离子掺杂后锐钛矿TiO2的电子结构,通过紫外-可见吸收光谱测试方法检测3d过渡金属离子注入对TiO2薄膜吸收光谱的影响.实验结果和理论计算表明,离子注入后,锐钛矿TiO2薄膜带隙宽度变小,V,Cr和Fe离子的3d态在紫外-可见吸收光谱的红移中起关键作用.

三角对称晶场中~6S(3d^5)态离子零场分裂参量的微观起源

基于完全对角化方法(complete diagonalization method,CDM),研究了6S(3d5)态离子在三角晶场(包括C3v,D3,D3d点群对称晶场)中零场分裂(zero-field splitting,ZFS)参量D和(a-F)的微观起源.研究中除了考虑研究者通常考虑的SO(spin-orbit)磁相互作用外,同时考虑了SS(spin-spin),SOO(spin-other-orbit),OO(orbit-orbit)磁相互作用.研究表明:在三角对称晶场中,6S(3d5)态离子的ZFS参量在所选晶场的大多部分区域主要起源于SO机理,但SS机理、SOO机理、OO机理对ZFS参量的贡献不能被忽略.此外研究表明:ZFS参量D和(a-F)主要来自纯自旋四重态及自旋二重态与自旋四重态联合作用的贡献,纯自旋二重态对ZFS参量D和(a-F)的贡献为零.我们发现二阶ZFS参量D与四阶ZFS参量(a-F)有不同的微观起源.二阶ZFS参量D主要来自自旋四重态的贡献,而四阶ZFS参量(a-F)主要来自自旋二重态与自旋四重态联合作用的贡献.作为本文理论的应用,研究了掺杂晶体材料Fe3+:Al2O3,理论与实验测量符合很好.

立方对称晶场中~6S(3d^5)态离子的磁相互作用及其自旋哈密顿参量的微观起源

基于完全对角化方法(complete diagonalization metho,CDM),研究了6S(3d5)态离子在立方对称晶场中的磁相互作用,分析了自旋哈密顿参量(a,g,Δg)的微观起源.研究中除了考虑研究者通常考虑的SO(spin-orbit)磁相互作用外,同时考虑了SS(spin-spin),SOO(spin-other-orbit),OO(orbit-orbit)磁相互作用.研究表明:6S(3d5)态离子在立方对称晶场中的自旋哈密顿参量起源于五种机理,即SO机理,SS机理,SOO机理,OO机理以及SO-SS-SOO-OO联合作用机理.文中研究了五种机理的相对重要性,结果表明:SO机理与SO-SS-SOO-OO联合作用机理在五种机理中最为重要.尽管SS,SOO,OO磁相互作用单独作用时对自旋哈密顿参量的贡献很小,但它们的联合作用SO-SS-SOO-OO机理对自旋哈密顿参量的贡献非常可观.此外研究表明:零场分裂参量a主要来自纯自旋四重态及自旋二重态与自旋四重态联合作用的贡献,而Zeeman g(或者Δg)因子主要来自纯自旋四重态的贡献.纯自旋二重态对自旋哈密顿参量a与g(或者Δg)的贡献为零.在我们所选择的晶场区域,发现下列关系始终成立:a>0,a(-|Dq|)<a(|Dq|),g(-Dq)=g(Dq),a(-Dq,-ξd,B,C)=a(Dq,ξd,B,C),Δg(-Dq,-ξd,B,C)=Δg(Dq,ξd,B,C).作为本文理论的应用,研究了四种典型的Mn2+掺杂晶体材料,即Mn2+:KZnF3,Mn2+:RbCdF3,Mn2+:MgO,Mn2+:CaO,理论与实验测量符合很好.