吸附缺陷誘導的低維碳系統中電子自旋極化效應理論研究

吸附缺陷誘導的低維碳系統中電子自旋極化效應理論研究

受泡利不相容原理支配,當微觀分子體系中存在電子未配對占據現象時自旋

極化效應就相伴產生,而這在純碳系統低維結構中也被認為是磁性的重要來源。

我們首先匯總了以往涉及到的純碳體系磁特性研究報道,發現這些磁性的來源基

本上是由外來碳原子表面吸附產生,并且發現這些磁性結論基本都是在一維納米

管或二維石墨烯上得到。

而這兩種低維結構的一個共同特點,是只含有碳原子圍起的六邊形,如此只

存在六邊形與六邊形相鄰的[6,6]結構。而以C₆₀為代表的富勒烯作

為一種零維純碳系統,它與一維納米管和二維石墨烯的明顯區別在于,表面同時

存在六邊形與六邊形相鄰的[6,6]結構,也存在六邊形與五邊形相鄰的[5,6]結構。

有鑒于此,我們進一步對幾個純碳富勒烯結構的[6,6]和[5,6]結構上吸附碳

原子的自旋極化特性進行了研究。讓人驚訝的是,在[5,6]結構上的碳原子吸附雖

然也是自旋極化的,但卻可能會因為電荷轉移及電子反平行占據而導致一種比磁

性態更穩定的非磁性結構。

這也是首次實現了純碳體系中反常自旋極化效應的預測,并將會有助于理解

一些實驗探測結果與理論計算結論無法相符合的原因。超原子是一類具有原子般

精確軌道特性的團簇,以f電子和p電子關聯為基礎形成的內嵌金屬富勒烯可以

構成種類豐富的“超原子”。

因為內嵌金屬的價電子都和碳籠成鍵,使得金屬的價殼層被滿配。其離域的

價軌道可以看做超原子軌道

1S²,1P⁶,1D¹⁰,2S²...基于這

種穩定的超原子團簇,在其表面引入碳吸附缺陷,觀察它的電子態和結構將如何

變化是非常新穎而有趣的。

可以為未來基于超原子的新型功能結構設計提供理論支持。