低维系统中p电子自旋极化行为及其调控的理论研究

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1、分类1号：O562单位代码：10183研究生学号：2015931009密级：公开研低维系统中p电子吉林大学自旋极博士学位论文化行为及其低维系统中p电子自旋极化行为及其调控的理论研究调Theoreticalstudiesonspinpolarizationofpelectronandits控的regulationinlowdimensionalsystems理论研究作者姓名：王佳专业：原子与分子物理研究方向：复杂分子系统中的相互作用王指导教师：王志刚教授佳培养单位：原子与分子物理研究所2018年6月吉林大学————————

2、—————————————低维系统中p电子自旋极化行为及其调控的理论研究—————————————————————Theoreticalstudiesonspinpolarizationofpelectronanditsregulationinlowdimensionalsystems————————————作者姓名：王佳专业名称：原子与分子物理研究方向：复杂分子系统中的相互作用指导教师：王志刚教授学位类别：理学博士培养单位：原子与分子物理研究所论文答辩日期：年月日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称

3、工作单位姓名职称工作单位盲审专家正高级清华大学主席武志坚研究员长春应用化学研究所盲审专家正高级南京大学委员仇永清教授东北师范大学盲审专家正高级中国科学院武汉物理与胡湛教授吉林大学数学研究所田圃教授吉林大学胡湛教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用(但纯学术性使用不在此限)。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士(或硕士)学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文

4、，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊(光盘版)电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学

5、位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：原子与分子物理论文题目：低维系统中p电子自旋极化行为及其调控的理论研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址(邮编)：吉林大学前卫南校区唐敖庆楼C区原子与分子物理研究所130012作者联系电话：0431-85168816摘要低维系统中p电子自旋极化行为及其调控的理论研究作者：王佳专业：原子与分子物理指导教师：王志刚教授碳、硼等以p电子作为价壳层电子的主族元素，在地

6、球上的含量相对丰富，且与人类生产生活关系紧密。在分子系统中，p电子的自旋极化行为与磁性材料、自旋电子器件等的设计与应用密切相关，因此具有重要的基础研究意义。并且，如果系统中的p价电子与未满占据价壳层上的高角动量f价壳层电子产生关联，则会带来更为丰富的轨道杂化和自旋极化行为。因此，理解这些电子自旋极化行为，是基础理论研究的重要挑战。而如果能进一步对这些电子行为进行调控，则会极大地促进了在分子或纳米尺度器件设计方面的新进展。在本文中，基于量子第一性原理方法，我们研究了一维碳纳米结构、以及零维硼富勒烯中的电子自旋极化效应，研究

7、了p电子与5f电子的电子关联特性，发展了碳p电子自旋极化行为的调控方法，以及发展了含有5f电子体系输运特性非平衡格林函数方法。首先，全硼富勒烯B40是实验上发现的第二个非金属笼形分子，因此受到了广泛的关注。B40富勒烯作为一个中空的笼形结构，是否也是一个超原子，这个问题一直是未被解决的。我们通过密度泛函理论(DFT)，分别使用纯泛函PBE和杂化泛函PBE0，B3LYP和HSE06进行计算和讨论，对这一问题给出了一致的结论。结果显示B40具有超原子的性质。B40不仅有超原子轨道1S，1P，1D，1F，还有超原子轨道2S，2

8、P，2D和2F。因为B40的超原子轨道2F是部分占据的，因此增加6个电子到这个团簇上将导致了一个满壳层占据的闭壳的超原子结构。6-此外，核独立化学位移值的计算显示B40的电子离域性高于B40本身。这部分工作的研究开创了一个超原子物理在硼富勒烯家族的新视角。通过前面的研究发现B40富勒烯是超原子，而超原子通向功能材料的