单分子磁体的磁滞效应和磁化强度的交流响应

摘要

单分子磁体作为一类纳米簇合物，具有确定的大自旋（S>1/2）和磁各向异性，表现出宏观量子隧穿、宏观量子相干等宏观量子效应。由于其良好的记忆功能和量子输运特性，分子磁体已经成为实现高密度信息存储和自旋电子学器件的良好候选才料之一。利用单分子磁体进行信息处理和量子计算的关键在于如何控制分子磁体的自旋取向。因此，单分子磁体隧穿结的量子输运以及其磁化强度的量子操控受到广泛关注，是目前理论和实验研究共同关注的问题。本文基于率方程方法，研究了两种外驱动下单分子磁体的磁滞效应和磁化强度的交流响应。主要研究内容和结果如下：
　　（1）研究了温差驱动的单分子磁体中，门电压诱导的磁滞效应。当门电压从某一负值缓慢地增加到某一正值再从该正值返回到负值时，分子磁体磁化强度对门电压的响应曲线不重合，而是一条闭合磁滞回线。这种磁滞效应是分子磁体的宏观量子效应，只出现在低温下，可以从分子态占据概率对门电压的依赖来解释。同时也讨论了温度、铁磁电极极化率以及自旋交换相互作用对磁滞回线所围面积的影响。
　　（2）研究了交流电压驱动的单分子磁体中，磁化强度对交流电压的响应。当给两个电极加上相位相反的交变电压时，单分子磁体的磁化强度也相应地作交流变化。交变磁化强度的峰值能否达到饱和磁化强度取决于交变电压的峰值。当交变电压的峰值低于某个临界值时，交变磁化强度的峰值将低于饱和磁化强度。
　　这些研究结果对于利用分子磁体设计、开发单分子磁体信息存储元件和自旋电子学器件可以提供理论上的帮助。

目录

第一章绪论

1.1单分子磁体及其磁学性质

1.2单分子磁体的量子输运

1.3单分子磁体的热电输运

1.4本文概要

第二章率方程方法

2.1刘维尔方程

2.2率方程

第三章门电压诱导的单分子磁体磁滞效应

3.1理论模型及其分子多体态描述

3.2门电压诱导的磁滞效应

3.3分子态占据概率与输运通道

3.4极化电流

3.5结论

第四章单分子磁体磁化强度的交流响应

4.1模型及哈密顿量

4.2交变磁化强度

4.3结论

第五章总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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