有機鐵磁聚合物的穩(wěn)定性研究.pdf

1、有機聚合物功能材料，由于其豐富的物理性質(zhì)，又具有聚合物的柔性、易加工等特點，成為近年來的研究熱點。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，各類功能材料層出不窮，如已合成的電導率超過銅、強度超過鋼的導電聚合物產(chǎn)品，有機半導體制作的光電器件以及實驗室合成的有機磁性材料等。 傳統(tǒng)鐵磁體主要由過渡金屬元素、稀土元素構(gòu)成，由于這些材料的原子具有未抵消的d電子或f電子，并且存在穩(wěn)定的未滿電子殼層，可以提供穩(wěn)定的磁矩源，因此表現(xiàn)為磁性。但這些無機材料密度大，不易

2、加工成型，已無法滿足技術(shù)的許多特殊需要，從而在一定程度上制約了它們的應(yīng)用范圍。 高分子聚合物作為有機功能材料，在電、磁、光等方面具有不同于傳統(tǒng)半導體或金屬的獨特性質(zhì)，同時由于這類材料可以通過多種合成方法而形成性質(zhì)豐富的聚合物，為有機鐵磁性材料的理論研究和試驗提供了十分可行的指導作用。 尋找用有機聚合物合成的穩(wěn)定磁性材料的有效方法，以及對這些材料性質(zhì)的研究，一直為各研究小組的研究者們感興趣的課題。由于C、H、O、N等有機元

3、素只有s或p電子，并不存在對磁性有著至關(guān)重要貢獻的d或f電子，同時電子層一般是閉殼層，呈現(xiàn)抗磁性，因而對有機固體磁性起源和機理的研究是一個巨大的挑戰(zhàn)。Ovehinnikov和Spector曾提出帶有有機自由基的π共軛聚合物中會呈現(xiàn)出鐵磁性，并通過聚合帶氮氧自由基的丁二炔的單體的方法，合成了一種鐵磁性的聚合物poly-BIPO。 20世紀70年代，Su、Schfieffer和Heeger創(chuàng)立的SSH模型，用半經(jīng)驗的緊束縛方法研究了

4、共軛聚合物聚乙炔的電子結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)，取得了巨大成功，這也為有機聚合物，尤其是準一維聚合物的研究開創(chuàng)了一個新的局面。Xie、Yao、Fang和Liu等人考察了一維體系中強的電子關(guān)聯(lián)和電聲耦合作用，在．SSH模型基礎(chǔ)上研究了聚合物poly-BIPO的性質(zhì)，得到了穩(wěn)定的鐵磁態(tài)。這些工作的研究結(jié)果，不但有助于對共軛聚合物中的微觀物理世界的認識，更具有重要的應(yīng)用價值，能夠推動新型有機聚合物器件的研究和開發(fā)。 在本論文中我們在SSH模型基

5、礎(chǔ)上對哈密頓進行了一定的修正，在考慮電子一晶格相互作用、電子一電子相互作用以及Heisenburg自旋反鐵磁耦合作用，研究了聚合物poly-BIPO的基態(tài)特性。具體的研究內(nèi)容和基本結(jié)果如下： 有機鐵磁體的基態(tài)穩(wěn)定性，尤其是其磁穩(wěn)定性對于這類材料的合成和應(yīng)用具有重要的意義。經(jīng)過數(shù)值計算，在周期性邊界條件下研究了反鐵磁耦合相互作用、電聲耦合作用、電子．電子相互作用、聚合物鏈長對準一維有機鐵磁體穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)： 1、系統(tǒng)主

6、鏈上自旋密度波的產(chǎn)生是由于主鏈上π電子與側(cè)自由基未配對電子的反鐵磁耦合，并且其耦合強度只對自旋密度波的幅度產(chǎn)生影響，而不改變自旋密度波隨格點的分布；系統(tǒng)的自旋密度波隨著反鐵磁耦合強度J的增強而增加，且當J→∞時，自旋密度波序參量m<,s>→1。 2、由于電聲耦合的作用，使得自旋密度波的局域性增強，進而抑制了系統(tǒng)自旋密度波的激發(fā)。 3、擴展的Hubbard模型所描述的電子．電子相互作用中在位排斥作用與格點間電子的排斥作用對

7、系統(tǒng)主鏈自旋密度波的影響是不同的：同一格點電子在位排斥作用促進自旋密度波的形成，而當格點間的電子排斥作用足夠大時會抑制自旋密度波的形成。 4、一維有機鐵磁聚合物在小尺度時，會對系統(tǒng)的性質(zhì)產(chǎn)生較大的影響，而當鏈長大于30個格點時，尺度效應(yīng)基本消失。 繼而討論了方形和高斯隨機分布等擾動對準一維有機鐵磁體穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)在擾動作用下，系統(tǒng)自旋密度波序參量會發(fā)生相應(yīng)的變化，其變化規(guī)律是隨著擾動參數(shù)的加強，先增加到某一極大值后，