吸附缺陷诱导的低维碳系统中电子自旋极化效应理论研究

吸附缺陷诱导的低维碳系统中电子自旋极化效应理论研究

受泡利不相容原理支配,当微观分子体系中存在电子未配对占据现象时自旋

极化效应就相伴产生,而这在纯碳系统低维结构中也被认为是磁性的重要来源。

我们首先汇总了以往涉及到的纯碳体系磁特性研究报道,发现这些磁性的来源基

本上是由外来碳原子表面吸附产生,并且发现这些磁性结论基本都是在一维纳米

管或二维石墨烯上得到。

而这两种低维结构的一个共同特点,是只含有碳原子围起的六边形,如此只

存在六边形与六边形相邻的[6,6]结构。而以C₆₀为代表的富勒烯作

为一种零维纯碳系统,它与一维纳米管和二维石墨烯的明显区别在于,表面同时

存在六边形与六边形相邻的[6,6]结构,也存在六边形与五边形相邻的[5,6]结构。

有鉴于此,我们进一步对几个纯碳富勒烯结构的[6,6]和[5,6]结构上吸附碳

原子的自旋极化特性进行了研究。让人惊讶的是,在[5,6]结构上的碳原子吸附虽

然也是自旋极化的,但却可能会因为电荷转移及电子反平行占据而导致一种比磁

性态更稳定的非磁性结构。

这也是首次实现了纯碳体系中反常自旋极化效应的预测,并将会有助于理解

一些实验探测结果与理论计算结论无法相符合的原因。超原子是一类具有原子般

精确轨道特性的团簇,以f电子和p电子关联为基础形成的内嵌金属富勒烯可以

构成种类丰富的“超原子”。

因为内嵌金属的价电子都和碳笼成键,使得金属的价壳层被满配。其离域的

价轨道可以看做超原子轨道

1S²,1P⁶,1D¹⁰,2S²...基于这

种稳定的超原子团簇,在其表面引入碳吸附缺陷,观察它的电子态和结构将如何

变化是非常新颖而有趣的。

可以为未来基于超原子的新型功能结构设计提供理论支持。