CeF_3中Ce~(3+)离子自旋-轨道耦合对磁光效应的影响

自旋-轨道耦合对磁光效应的作用目前还不太清楚,这方面的研究还很少见。通常认为自旋-轨道耦合对磁光效应是个非常重要的因素,Liu,Zuo和Le指出铁磁材料的磁光效应主要起源于自旋-轨道耦合对激发态的劈裂。然而,理论研究表明,铁磁材料Ce:YIG中Ce~(3+)离     

热电材料中自旋轨道耦合效应对电输运的影响

自旋量子效应对材料电输运性质的影响,是一个物理和材料领域的基础问题。热电材料能够实现电能和热能相互转换,其往往含有重元素,自旋轨道耦合效应对电性能的影响不容忽视。自旋轨道耦合造成的Zeeman型能带劈裂效应降低能带带边的简并度和能态密度,对热电材料的输运性质不利;而自旋熵和Rashba型自旋劈裂效应对热电性质有益,其中的Rashba自旋劈裂效应能够产生新奇的低维化电输运。拓扑绝缘体中非平庸电子结构对电输运调控提供新的方向。     

α-Al_2O_3晶体中3d~2离子基态能级零场分裂的S-S耦合

过渡金属离子3d~2掺杂的α-Al_2O_3晶体的电子自旋共振波谱(ESR)已有许多研究,认为存在强烈的零场分裂,D≈8cm~(-1).该零场分裂即基态中自旋简并的~3A_2能级的自旋M_S=±1与M_S=0的分裂,而M_S=±1的自旋简并尚未被解除.过去一般认为该零场分裂是由于~3A_2能级受到自旋-轨道(Spin-Orbital)耦合作用的结果.但是本文作者根据Wertz的自旋     

奇宇称晶场和自旋-轨道耦合对钡铁氧体中Ni2+离子磁光效应的影响

用量子理论定量计算了进入２ｂ座的Ｎｉ＾２＋离子ｄ－ｄ跃迁造成的磁光偏转值,结果表明掺Ｎｉ钡铁氧体的磁光偏转主要不是ｄ－ｄ跃迁造成的,计算了Ｆａｒａｄａｙ旋转与基组态及激发组态自旋－轨道耦合强度的关系,其结果是基组态的自旋－轨道耦合对其磁光偏转起决定作用,用激发组态的影响不大,且磁光偏转与基组态自放心－轨道耦合强度不成正比。     

原儿茶酚3,4-双加氧酶复合物中自旋-轨道耦合与零场分裂的计算

采用密度泛函理论(DFT)探讨了高自旋原儿茶酚3,4-双加氧酶(3,4-PCD)活化底物儿茶酚(PCA)复合物的磁性电子结构特征及电子轨道起源.计算的g-张量表明,从配体到金属电荷转移(LMCT)主要来自于配体PCA和Tyr408的型轨道转移电子到Fed轨道,导致沿x轴方向极化(PCA)或沿y轴方向极化(Tyr408).x和y轴方向的极化要求沿z轴方向,Lz(z=z′),产生较大的自旋轨道耦合(SOC)矩阵元,并且因单中心重原子效应Fe导致gz′=2.0158,即在z方向较大地偏离于ge=2.0023.由于△S=-1自旋翻转激发态混入六重基态,得到较大的零场分裂参数D=+1.147cm-1.SOC计算表明高自旋(S=5/2)基态3,4-PCD-PCA是弱的自旋翻转复合物(SOC=31.56cm-1).     

一种银(Ⅰ)配合物反铁磁性耦合机理的分子轨道研究

采用密度泛函理论结合对称性破损方法, 研究了一种氮氧自由基Ag(Ⅰ)配合物的反铁磁性耦合机理. 通过磁性-结构相关性研究和单占据分子轨道分析表明, 氮氧自由基间存在通过Ag(Ⅰ)离子的反铁磁性超交换耦合, Ag(Ⅰ)离子在其中起到了重要的桥梁作用. 自旋集居数显示, 沿ONCNO-Ag- ONCNO链有弱的自旋离域, 同时也表明了其反铁磁性超交换耦合路径的存在. 研究还发现, Ag(Ⅰ)与氮氧自由基中氧原子的Ag—O键的确为具有明显离子特性的非典型共价键, 正是通过此键引发了氮氧自由基间的反铁磁性耦合.     

手性钙钛矿材料的自旋电子学研究进展

研究电子的自旋性质对自旋电子器件的发展非常重要.虽然各类铁磁金属以及合金半导体材料的自旋电子学研究取得了重大进展,但是这些材料在合成时需要高温处理,应用时则需要满足晶格匹配条件并施加磁场或者极端温度.手性钙钛矿材料的特殊结构赋予了其新的自旋电子性质,且相关应用可以在室温下实现,这将其与传统的自旋电子材料区分开来.近年来,手性钙钛矿材料的自旋电子学研究取得了重要进展,非常有必要对相关研究结果进行总结.基于此,本文评述了手性钙钛矿的自旋动力学以及相关应用的最新研究进展.首先,本文简单介绍了手性钙钛矿的发展.其次,从理论上阐述了手性钙钛矿的能带结构、自旋轨道耦合及手性诱导自旋选择性效应.再次,回顾了手性钙钛矿自旋电子弛豫过程及其应用(自旋电荷输运、光伏器件、自旋发光二极管及圆偏光探测等)的研究进展.最后,对手性钙钛矿材料在自旋电子学领域的应用前景以及面临的挑战进行了总结和展望.     

车辆-轨道耦合动力学理论的发展与工程实践

长期以来,车辆和轨道一直被分离成两个相对独立的子系统加以研究,形成了经典的车辆动力学、轨道动力学理论体系.现代铁路客运高速化、货运重载化,导致日益突出的车辆与轨道动态相互作用及其安全问题.因此,需要突破子系统研究框架,从整体大系统角度综合研究车辆-轨道相互作用机制,实现整体系统动力性能最优设计.车辆-轨道耦合动力学理论体系应运而生,在吸纳车辆动力学、轨道动力学理论成果的基础上,通过建立新型轮轨空间动态耦合模型,将车辆子系统与轨道子系统耦合成一个相互作用的整体大系统.本文概要介绍车辆-轨道耦合动力学理论的形成过程,重点阐述其学术思想、理论模型及其最新发展,在此基础上介绍基于该理论而形成的车辆与线路动态性能最佳匹配设计原理,最后选取若干典型工程案例,介绍该理论在中国铁路大发展中的应用实践情况.     

基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动

通过电学有效驱动磁畴壁运动是自旋电子学领域的重要研究内容之一,其中零磁场下基于自旋轨道力矩效应驱动磁矩翻转是一种重要的磁畴壁运动调控方式.为了进一步实现低功耗、高速度、高效率的磁畴壁运动,本文研究了非共线自旋源所产生的区别于传统型自旋轨道力矩对磁畴的驱动行为.我们利用微磁学模拟研究了自旋流中类Rashba的S_y、类Dresselhaus的S_x和垂直于膜面的S_z三种自旋极化下自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动,阐明了对布洛赫畴壁(Bloch wall)、奈尔畴壁(Néel wall)和头对头畴壁(head-to-head wall)的驱动及畴壁性质的影响,探究了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下磁畴壁运动中倾斜角的影响.本文对于理解基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动具有一定意义,可为新型自旋电子器件的开发和应用提供物理基础.     

立方d~5络合物g张量理论与Mn~(2+):CaF_2、Mn~(2+):KZnF_3的光学和磁学性质研究

关于如何统一解释立方d~5络合物的EPR(Electron paramagnetic resonance,电子顺磁共振)参量(零场分裂参量a和g张量)与光谱的问题,自1934年van Vleck和Penney提出以后,长期得不到解决.直到1990年前后,邝和周等才给出了统一计算参量a和光谱的两种不同的方法,但未解决g张量的计算问题.d~5离子的g张量计算比其它d~n(n≠5)离子困难得多,是因为基态~6S为轨道单态,不会被任何晶体场分裂,以致通常的g张量公式不能采用.最近周和杨发展了一种单行列式基函(SDB)EPR理论方法,给出了有效自旋为1/2的d~5离子的g张量公式.但大多数情况下d~5离子的有效自旋为5/2,所以上述SDB方法尚待完善.本文在周等工作的基础上导出普遍适用的立方场d~5离子g张量公式,并对d~5络合物Mn~(2+):CaF_2和Mn~(2+):KZnF_3的零场分裂参量a、g张量和光谱进行统一计算,作出统一解释.值得指出的是,周等方法的基础是在自旋-轨道耦合空间的SГβГ’γ’表象内将d电子间静电相互作用(?)_(ee)(B,C)、晶场作用能(?)_c(D_q)和自旋-轨道相互作用(?)_(so)(ξ)同时(而不是逐次)对角化,这不同于流行的弱场耦合、强场耦合和中等场耦合等逐次对角化图象,而是一种统一晶场耦合图象(Unified crystal-field coupling scheme,缩写为UCFC图象).由于这种图象不需     

基于轮轨多点接触的浮置板轨道钢轨波磨安全限值分析

地铁线路中钢轨产生的波磨,会使轮轨相互作用恶化,危害车辆及轨道的使用寿命,进而导致养护工作量和维修费用的增加,甚至影响列车运行安全性.确定钢轨波磨安全限值并及时打磨是消除钢轨波磨危害的有效手段.为了确定浮置板轨道钢轨波磨安全限值,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型分析钢轨波磨对车辆-轨道耦合系统的动力学影响,并从车辆运行安全性、运行平稳性和车-轨动态作用性能3个方面考量,提出地铁浮置板轨道线路钢轨波磨的限值.为了更准确地描述轮轨相互作用,所建立的车辆-浮置板轨道耦合动力学模型采用了改进的Kik-Piotrowski方法以考虑轮轨多点非Hertiz接触.研究结果表明,钢轨波磨的出现会使得轮轨相互作用明显恶化,特别是波长小于75 mm的钢轨磨耗;随着钢轨波磨的波长减小、波深加大,轮轨垂向力、轮轨横向力以及脱轨系数、轮重减载率等评价指标都呈现恶化的趋势;其中轮重减载率受波长波深的影响最明显,在一定波长下,随着波深的增加,轮重减载率也最先超出安全限值.当列车运行速度为80 km/h时,波长为0.05 m左右的钢轨波磨的波深应控制在0.2 mm以下,波深为0.1 mm左右的钢轨波磨的波长应控制在30 mm以上.     

利用最优动态解耦保持固态系统中电子自旋相干性

要利用固态系统电子自旋的量子相干性,首先必须解决的一个问题就是由于与环境的耦合干扰而产生的自旋消相干.动力学解耦就是利用频闪的自旋反转与环境的平均耦合,其效果相当于与零耦合.这是对抗消相干的一种特     

气相中FeO~+催化甲烷氧化的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,研究了四重态和六重态势能面上FeO+(4Π+,6Σ+)催化甲烷氧化这一催化循环反应,整个反应过程共有6条反应路径,其中最低能量反应路径为路径6.该路径共有6处交叉点(crossing point,CP),其中CP1和CP3最为重要,优化交叉点CP1,CP3所对应的最低能量交叉点(minimum energy crossing point,MECP).通过自旋-轨耦合的常数计算,得到MECP1,MECP3处的自旋-轨道耦合值分别为947.85和1372.51cm-1.MECP1和MECP3处的一次系间窜越几率分别为0.535,0.590.应用活化张力模型对基元反应中的竞争反应加以分析,解释了H原子转移的方向问题.运用Kozuch提出的能量跨度模型(energetic span model)计算了循环反应的催化转化频率(turnover frequency,TOF).通过对各个中间体和过渡态的XTOF(TOF控制度)的计算,最终确定了催化循环过程中的决速过渡态(TDTS)为TS1-2,决速中间体(TDI)为IM9,并得到催化剂的TOF为5.6716×10-42 s-1.     

低维自旋电子材料的理论设计与调控

自旋电子器件利用电子的自旋进行信息的传递、处理与存储,是未来信息技术的重要载体.低维体系具有显著的量子耦合效应,是研究电荷/自旋相互作用机制、发展纳米自旋电子器件的重要载体.由于缺陷、杂质、界面以及边界效应等提供的冗余自由度,使得长程有序磁性体系的制备、维护和调控远无法达到器件化的基本条件,寻找具有高居里温度、高自旋极化率等特性的低维材料是目前面临的挑战.基于密度泛函理论、热动力学模拟等第一性原理方法的计算结果,应用合适的物理统计模型,可以加深对低维材料结构-机制-性能的认识,为自旋电子学材料的发展提供理论支持,并通过应力和电荷掺杂,对低维材料的磁性进行调控.     

化学性质的相对论效应

虽然在解释含有重元素的一些分子的磁性质中已经承认了自旋-轨道效应,但要确定相对论性各项对键能、电离势以及各种化学性质所起的作用,尚需作更精细完善的计算。现在已经作了一些原子和几种分子的相对论性量子力学计算,而且人们可以指出:重元素的许多反常偏离周期表趋势的现象可以归因于相对论效应。     

电场调控铁电/铁磁异质结构的磁性

随着大数据时代的到来,具有非易失性、高读写速度、高存储密度、低功耗和微型化的存储器成为了未来信息存储发展的主要趋势.尽管有多种信息存储方式,利用磁性材料磁化翻转的磁存储依然是当下信息存储的主体.在磁信息存储的过程中,相比于磁场和电流驱动的磁化翻转,在铁电/铁磁异质结构中利用电场调控铁磁性材料的磁化翻转具有高存储密度、低能耗、局域化和高效率等优点.铁电/铁磁异质结构磁性的电场调控也因此成为了当前研究的热点之一.本文系统地回顾了兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室在铁电/铁磁异质结构的磁电耦合效应研究方向的进展:实现了电场作用下铁磁层材料磁矩的挥发性或非挥发性翻转,多态高密度存储,外延单晶铁磁层薄膜磁性的多场调控,磁化动力学性能以及自旋波(磁子)的电场效应,并讨论了未来多场可控自旋电子学的发展趋势.     

超冷原子费米气体研究预言了新奇的无能隙拓扑超流态

<正>澳大利亚斯威本科技大学的刘夏姬理论小组和清华大学物理系的龙桂鲁研究小组、中国科学院理论物理研究所易俗研究小组一起合作,在自旋轨道耦合的超冷原子费米气体中预言了一种新奇的无能隙拓扑超流态,并探讨了该状态在有限温度下的可探测性和有杂质存在时的稳定性.这一新物质相具有空间不均匀的序参量.在动量空间中,     

半导体量子点与谐振腔杂化系统的强耦合

量子比特的可扩展性是实现实用量子计算机的前提.利用微波谐振腔中的光子作为媒介实现非局域量子比特间的长程耦合与信息交换,为固态量子计算提供了一种重要的大规模扩展方案.然而由于外界噪声大、耦合强度弱等各种因素限制,在前期实验中半导体量子比特一直未能实现与微波光子间的有效信息交换,亦即未能实现比特与光子间的强耦合.近年来,随着实验上半导体量子比特的性能优化及高阻抗微波谐振腔的应用,利用微波谐振腔耦合半导体量子比特取得一系列重要突破,电荷和自旋量子比特与腔的强耦合均已实现,量子比特间的耦合距离也得到极大扩展.本文围绕半导体量子点-微波谐振腔杂化系统,简要介绍实现量子比特与微波光子强耦合的原理、实验实现及进展.     

磁性高分子的非限制性从头算晶体轨道法研究

处理闭壳层体系的Hartree-Fock能带方法(RHFCO),由于没考虑电子相关效应而不适合于磁性晶体的电子结构计算,这就需要采取超出RHF近似并部分地考虑相关效应的方法,为此,人们提出了“不同自旋采用不同轨道”(DODS)法,实现这个想法的第一步就是去掉轨道双占据近似,并保留单Slater行列式的形式,这样即得到了自旋非限制的Hartree-Fock(UHF)方法,但是单Slater行列式的UHF波函数并不是总自旋S~2算子的本征态(体系哈密顿不显含自旋,故体系能量的本征态也应是自旋S~2的本征态),为了克服这一困难,     

Fe/Ag多层膜的巨磁电阻效应

自1988年Baibich等人在Fe/Cr多层膜中发现巨磁电阻(GMR)效应以来,人们对各种磁/非磁金属多层膜做了大量的研究.Fe/Cr,Co/Cu和Fe/Cu是最为人们熟悉的存在GMR效应的多层膜系统.金属多层膜中出现GMR效应的必要条件之一是相邻磁性层之间必须存在反铁磁耦合.最初人们对Fe/Ag多层膜的研究没有观察到反铁磁耦合.然而,Bruno等人对磁性过渡族金属/贵金属多层膜的理论计算表明,其中存在铁磁-反铁磁层间耦合振