اثر متقابل اتم ها، نانوخوشه ها ونانوسیم های عناصر واسط آهن و کبالت بر خواص ساختاری، الکترونی و مغناطیسی فولرین های c60، c70، c80 و c82 و نانولوله های کربنی

در این تحقیق ویژگی های ساختاری، الکترونی و مغناطیسی نانوساختارهای کربنی درحضور عناصر واسط مغناطیسی آهن، کبالت و ایریدیوم با استفاده از نظریه تابعی چگالی بررسی شده است. نخست ویژگی های ساختاری، الکترونی و مغناطیسی فولرین های c60 و c70 که با اتم های آهن وکبالت آلایش شده اند مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که ناخالصی ها به شیوه های اندوهدرال، اگزوهدرال و هتروفولرین با فولرین های مورد اشاره حالت های پایدار تشکیل می دهند. ساختارهای اندوهدارل و اگزوهدارل مغناطیسی اند. از بین هفت هتروفولرین های c59fe، c59co، c59ir، c69fe، c69co، c69ir و c58ir2 سیستم هایc59co ، c69fe و c58ir2 غیرمغناطیسی اند. گشتاور مغناطیسی آن ها در اثر محدودشدگی کوانتومی شدید ناشی از پیوندزنی اربیتال های ظرفیت عناصر واسط با اربیتال های ظرفیت کربن در ساختار فولرین از بین می رود. ساختار بهینه، رفتار الکترونی و مغناطیسی نانوخوشه های مغناطیسی آهن و کبالت با تعداد 2 تا 7 اتم مورد بررسی قرار گرفتند. علاوه بر آن ساختارهای ترکیبی این نانوخوشه ها به صورت متالوفولرین با فولرین های c60، c80 و c82 مطالعه شدند. نتایج نشان می دهد که گشتاور مغناطیسی هر اتم در نانوخوشه های آهن و کبالت نسبت به گشتاور مغناطیسی آن ها در فاز کپه ای بیش تر است. از طرفی به دلیل افزایش برهم کنش کولنی الکترون-الکترون در نانوخوشه های کبالت نسبت به آهن، طول پیوند ها و درنتیجه اندازه خوشه های متناظر، بزرگ تر است. در ساختارهای متالوفولرین که نانوخوشه های آهن و کبالت درون فولرین قرار می گیرند ویژگی های ساختاری، الکترونی و مغناطیسی نانوخوشه ها و فولرین ها متقابلا تغییر می کنند. به دلیل برهم کنش قفس کربنی با نانوخوشه های محاط شده، گشتاور مغناطیسی این نانوخوشه ها کاهش می یابد. هم چنین با افزایش شعاع فولرین های دربرگیرنده نانوخوشه ها، پایداری سیستم بوجود آمده بیشتر می شود. در پایان به بررسی نانوسیم های آهن و کبالت با 6 اتم در یاخته ی یکه پرداخته ایم. اثر لایه محافظ کربنی (نانوتیوب کربنی) بر رفتار مغناطیسی این نانوسیم ها نیز مورد بحث قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که نانوسیم های آهن و کبالت هردو رفتار فرومغناطیسی از خود نشان می دهند، هم چنین گشتاور مغناطیسی نانوسیم آهن بیشتر از گشتاور مغناطیسی نانوسیم کبالت است. محصور شدگی سبب کاهش گشتاور مغناطیسی نانوسیم ها نسبت به حالت آزاد می شود، افزون بر این، نانوسیم های کبالت نسبت به آهن ساختارهای پایدارتری را با نانوتیوب های کربنی ایجاد می کنند.