LUC Nguyn Th Nguy
I HC QUI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Thị Nguyệt Ánh
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHÂN TỬ CÓ CHUYỂN PHA SPIN
LUC
i N 2012
LUC Nguyn Th Nguy
I HC QUI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Thị Nguyệt Ánh
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHÂN TỬ CÓ CHUYỂN PHA SPIN
: Vt
:
LUC
NG DN KHOA HC: TS. NGUYN ANH TUN
i
LUC Nguyn Th Nguy
LỜI CẢM ƠN
L c nhn th
Nguyn Anh Tun, cng dn, bt
lu.
i li c
b Thp, Khoa Vi
hc Khoa hc T t nhiu kin thc b
Cui li c
t thi gian qua.
12 12
Hc
Nguyễn Thị Nguyệt Ánh
LUC Nguyn Th Nguy
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
Danh mục hình vẽ
Danh mục bảng biểu
Các ký hiệu & từ viết tắt
Chƣơng 1. MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6
2.1. Gii thiu v t phi (DFT) 6
2.1.1. 7
2.1.2. : Thomas-
8
2.1.3.
-Kohn th nht 13
2.1.4.
-Sham 16
18
Chƣơng 3. Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử và đặc trƣng chuyển pha spin
của phân tử Mn(pyrol)
3
(tren) 19
3.1. Trp 19
3.1.1. Cc 19
3.1.2. Cn t 21
3.2. Tr 23
3.2.1. Cc 23
3.2.2. Cn t 24
3.3. Mt s a chuyn pha spin 26
3.3.1. S i c c 27
3.3.2. S chuy 28
3.3.3. S bing 31
Chƣơng 4. Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử và đặc trƣng chuyển pha spin
của phức chất [Fe
III
(salten)(mepepy)]BPh
4
34
4.1. Cấu trúc hình học 34
LUC Nguyn Th Nguy
4.2. Cn t 36
4.3. S 38
4.3.1. S chuy 38
4.3.2. S a s chuy 40
Chƣơng 5. Cấu trúc hình học, cấu trúc điện tử, và đặc trƣng chuyển pha spin
của phân tử [Co(dioxolene)
2
(4-NO
2
-py)
2
] 41
5.1. Cc 41
5.2. Cn t 44
n pha spin 48
KẾT LUẬN 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 50
LUC Nguyn Th Nguy
DANH MỤC HÌNH VẼ
c c Mn(pyrol)
3
ng. 1
P c Mn
III
. 2
chuyn tr ng ca
nhing cng c 4
ng dt b hin th c chuyn pha spin. 4
: Cc c Mn(pyrol)
3
ng
c theo tri xng Mn
ng. 19
n MnN
6
c Mn(pyrol)
3
(tren) tr 20
c n t
Mn(pyrol)
3
(tren)
tr 21
t s qu gn mc Fermi c Mn(pyrol)
3
(tren)
trong tr ti b m
3
. 22
3.5: S t Mn(pyrol)
3
(tren) tr, tr
c biu din b ti b m
3
. 23
3.6: Cn MnN
6
c Mn(pyrol)
3
(tren) tr 23
3.7:
c n t
Mn(pyrol)
3
(tren)
tr HS. 25
t s qu gn mc Fermi c Mn(pyrol)
3
(tren)
trong tr ti b m
3
. 26
3.9: S Mn(pyrol)
3
(tren) trHS, tr
c biu din b ti b m
3
. 26
c tranh m bin dn t c ng th
th n t
Mn(pyrol)
3
(tren) khi chuyn pha gia trn
t so vi tr (
c biu din b
LUC Nguyn Th Nguy
n t so vi tr (
c biu din bng
i m ti b m
3
. 28
4.1: Cc ca ph
III
ng
c b
34
: (a)
3d c Fe
III
, (b) Trng
LS, (c) Tr spin trong tr spin
trong tr ti b m
3
. 37
: Bc tranh m bin dn t ca phc cht [Fe
III
(salten)(mepepy)]
n t so vi tr (
c biu din bn t
so vi tr (
c biu din b
t). M ti b m
3
38
5.1: (a)
[Co(dioxolene)
2
(4-NO
2
-py)
2
c b m,
i t dioxolene, (c) Phi t 4-NO
2
-py. 41
C n Co-N
2
O
4
c
[Co(dioxolene)
2
(4-NO
2
-py)
2
]
trn 42
C n Co-N
2
O
4
c
[Co(dioxolene)
2
(4-NO
2
-py)
2
]
tr 43
5.4: (a)
3d c [Co(dioxolene)
2
(4-NO
2
-
py)
2
], (b) Tr 45
.5: Mt s qu o trng c [Co(dioxolene)
2
(4-NO
2
-py)
2
] trong
tr 46
: [Co(dioxolene)
2
(4-NO
2
-py)
2
], (a) Tr
LS, (b) Tr 46
LUC Nguyn Th Nguy
DANH MỤC BẢNG BIỂU
B t MnN c Mn(pyrol)
3
(tren) trng t
c t thc nghit. 20
B t Mn-N c Mn(pyrol)
3
(tren) tr
c t thc nghit. 24
Bng 3.3 t Mnt NMnN (
o
) trng
a [Mn(pyrol)
3
c t kt qu c
nghi d . 27
B N1N6 trong tr
LS
tr
HS
) c Mn(pyrol)
3
(tren). 31
B ng (eV) gia tr
Mn(pyrol)
3
(tren), bao g lch v
xc
ng 32
Bng 4.1: t Fe- a phc cht [Fe
III
(salten)(Mepepy)]
thc nghi
t i giyc nghim. 35
Bng 4.2: (m) ci t trong tr
37
Bng 5.1: t (
o
) ca cn CoN
2
O
4
tr
c t kt qu liu thc nghi thc nghic in
42
LUC Nguyn Th Nguy
Các ký hiệu & từ viết tắt
AO: Qu (Atomic orbital)
t phi (Density functional theory)
E: Tng
E
xc
i
HOMOn: Qu th n i mc HOMO
HOMO: Qu cao nht b chim (Highest occupied molecular orbital)
HS: Spin cao (High spin)
K
LS: Spin thp (Low spin)
LUMO: Qu thp nh chim (Lowest unoccupied molecular
orbital)
LUMO+n: Qu th n c LUMO
m: M
MO: Qu (Molecular orbital)
n: i
Png kt cn t
S: Tng spin
SCO: Chuyn pha spin (Spin-crossover)
TS: Trn (Transition state)
U: Th n Coulomb
ng e
g
t
2g
)
: M n t
LUC Nguyn Th Nguy
1
MỞ ĐẦU
[4]
.1:
3
(tren),
d
4
d
7
kim
loi chuyn tip Mn
III
, vi cn t d
4
ng hp
cht ca Mn tr c bao quanh bi 6
ng phi t kin MnN
6
bao
, v Mn(pyrol)
3
LUC Nguyn Th Nguy
phi t MnN
6
c bao xung quanh b c
ch .1.
o 3d c Mn b c
mc e
g
t
2g
: mc t
2g
ng thm 3 qu o d
xy
, d
yz
,
d
xz
; mc e
g
m 2 qu o d
z2
d
x2-y2
. Hing gic e
g
t
2g
g Mn
III
c quynh bi m
quan ging kt cn t c ch 1.2.
1.2: P c Mn
III
.
e
g
tr t li v mng so vi vic
n t bn t 3d ca ion Mn
III
nm t
2g
, trong
n t p v S = 1, g
trp (Low spin, LS).
e
g
tr i v mng so vi vic
n t n t 3d ca ion Mn
III
nm trt
2g
n
t th nm tre
g
ng h bn t 3d ca ion
Mn
III
spin, HS).
t gi nh tn
ti c hai tru kin nhi
c minh h 1.2.
c t, vic SCO
II
III
[20,37]
Co
III
II
LUC Nguyn Th Nguy
p cn t
(P) ph thuc ma nh kim loi chuyn
tip. Mt s ca Fe
II
III
ra r
II
III
n t 3d d
6
Fe
II
u
hin hi Co
III
va ion Co
III
ng gi nh tr, hing SCO
hiy nh Mn
II
vi cn t d
5
, hp cht
ng nh trc li, v cha ion Fe
III
n t 3d y.
[3,24]
cao [15].
1.3(a)
s ph thuc ca tr c SCO. nhi thp,
tn ti trp LS, nhi tn ti tr
spin cao HS. chuyn tra nhi
nhi n nhi T
2
chuyn t tr
m nhi xui T
2
vn tn ti tr
HS, phi tip tc gim nhi xung ti nhi T
1
< T
2
mi tr v
tr nhi
2
T
1
1
LUC Nguyn Th Nguy
2
c g chuy nhit trong nhng
ng c n pha spin. Trong khong nhi t T
1
n T
2
tn t
c bit nng nhi t T
1
n T
2
,
s d chuyn t
trp sang trc lc minh h
1.3(c). V c s d
nh c thc hin bi nhi hoc
1.3:
n pha spin, tng spin c thay
t b chuyn m.
c ng dt b hin th.
LUC Nguyn Th Nguy
1.4
(DFT).
Trong bn ludt phi
u cc, cn t chuyn pha spin ca mt
s kim loi chuyn tip vi cn t m:
[Mn(pyrol)
3
(tren)] 3d
4
, [Co(dioxolene)
2
(4-NO
2
-py)
2
] mt
d
7
, [Fe
III
(salten)(mepepy)]BPh
4
cho cd
5
.
Co nng thng cho vic thit k
ng h SCO mi.
LUC Nguyn Th Nguy
C 2
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Giới thiệu về lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT)
ng t u h n t i gii
ca h a 3N bin s. Cho
n hi i gii vng h
n ti v gii g
mt gin ti
a h nhin t.
t phi (Density-
tip c hin thi nhiu ht
t hii dn tng cng t
t ca h n t , vt rm ct yu
t ca h in t c biu di
m n t ca h a 3 bin t a
3N bin t ng tm l
hic s dng nhiu nht) trong vit c
h vt liu t cho ti cht r
n t t ca h n t c
khi
ng t mi ra
chng minh cht ch n tng ct phit
ng trt phia
m n t m hu ht va h
n t n t. M
c g n t trn trong
t DFT. T nhng vi s n tc
LUC Nguyn Th Nguy
n tc s dng ru qu
t rng t, vc,
khoa hc vt lic ghi nhn nha
vit phi bng gi
1998. Ti th t phit
.
2.1.1.
Tr
c gi
:
)1.1.2(), ,(), ,(
2
1
)(
2
11
1
2
1
2
2
NN
N
ji
ji
N
i
iexti
rrErr
rr
e
rV
m
-Openheimer [1].
i, V
ext
, E
.
, V
ext
, tuy
V
ext
.
(2.1.1)
tp h
nhau s
a h
:
)2.1.2(), ,(
1 M
RREE
-(E
nn
c t
ng:
E
tot
= E + E
nn
(2.1.3)
M qua t
gi ging hp chung
ph thu . Trong nh
xu gi
c mn t [12,17]. K t i
LUC Nguyn Th Nguy
thut di qua mt
n mnh m [32,35]. p c
gii quyt v
c[35], (CC) [35]
ng t h[31].
nh vi d,
c l gi nhiu ht.
t DFT,
c biu di t
phia m n t (E[(r)])
p c
chuy nhiu hn t y cho
nhiu ht v ,
[11,23,28].
phi
.
,
phi
E[(r)].
E[(r)].
2.1.2. : Thomas-
1920 [8,9,10,36].
. :
ng
nhi v
i h s 2
h
3
ng th hiu dnh bt
cn t.
.
dn dt m
Thomas-Fermi.
u hydro.
LUC Nguyn Th Nguy
)4.1.2()()(
2
2
2
2
rEr
r
e
Z
m
:
)5.1.2(
)(
)(
2
)(
)()(
2
)(
)()()(
2
)(
)(
2
)(
2
2
*
2
2
2
*
2
*2
2
*
2
2
2
*
energyattractionnucleuselectron
energykinetic
rd
r
r
Zerdr
m
r
rdr
r
e
Zerdr
m
r
rdr
r
e
Zrrdr
m
r
rdr
r
e
Z
m
rE
(2.1.5) -
r).
r).
.
,
(
),
l V = l
3
,
N,
0 K,
thi
,
:
)6.1.2(
8
)(
8
),,(
2
2
2
222
2
2
R
ml
h
nnn
ml
h
nnn
zyxzyx
n
x
, n
y
, n
z
= 1, 2, 3, R
,
1/8 th
R n
x
, n
y
, n
z
).
:
)7.1.2(
8
63
4
8
1
)(
2/3
2
23
h
mlR
LUC Nguyn Th Nguy
+ :
)8.1.2())((
8
4
)()()(
22/1
2/3
2
2
O
h
ml
g
g()
(
)
N
,
f().
h-Dirac:
)9.1.2(
1
1
)(
)(
e
f
0
:
)10.1.2(
,0
,1
)(
asf
F
F
F
.
F
F
.
F
.
:
)11.1.2(
2
5
8
2
4
)()(2
2/53
2/3
2
0
2/33
2/3
2
F
l
h
m
dl
h
m
dgfE
F
2
n t,
F
N
V,
:
)12.1.2(
2
3
8
)()(2
2/33
2/3
2
F
l
h
m
dgfN
LUC Nguyn Th Nguy
thay
F
(2.1.12) (2.1.11), :
)13.1.2(
8
3
10
3
3/5
3
3
3/2
2
l
N
l
m
h
E
(2.1.13)
=
N/l
3
NV
.
, :
)14.1.2(871.2)3(
10
3
,)(
)()3(
10
3
)(
8
3
10
3
][
3/22
2
3/5
2
3/53/22
3/5
3/2
2
FF
TF
C
m
rdrC
m
rdr
rdr
m
h
T
V NV = (
r
. Chuyn v
, :
)15.1.2()(][
3/5
rdrCT
FTF
-
, -
,
.
u hydro (
)
:
)16.1.2(
)(
)()]([
3/5
rd
r
r
ZrdrCrE
FTF
N
, :
)17.1.2(
)()(
2
1)(
)()]([
21
21
21
3/5
rdrd
rr
rr
rd
r
r
ZrdrCrE
FTF
:
)18.1.2(, ,, ,), ,,, ,( )(
111
2
111 NiiNiii
rdrdrdrdrrrrNr
(2.1.17),
.
-
.
LUC Nguyn Th Nguy
, (2.1.17)
.
. ,
c t ng nht,
-
m yu tr
-Fermi.
, d
.
Trong su
,
lc b
-Fermi,
-Fermi-Dirac
(TFD) [6,28], Thomas-Fermi-Weizsacker (TFW) [28,38], -
Fermi-Dirac-Weizsacker (TFDW hay TFD-[2,21,22,28,39,40].
-Fermi. -
,
[6,28]
.
, :
)19.1.2(][][][
xTFTFD
EEE
:
)20.1.2(7386.0,)(][][
3/1
3
4
3
3/4
xxDx
CrdrCKE
.
[14,28].
.
[38],
(1 + ar)e
ikr
,
a k
. Hi
i v
-
:
LUC Nguyn Th Nguy
)21.1.2(
)(
)(
8
1
][
2
rd
r
r
T
W
:
)22.1.2(][][][
WTFWTF
TTT
1
.
ng s hiu chnh ti
v
[16].
T[]
c
-Fermi-Dirac-
[2,21,22,39,40].
(1964) [18].
n t
n,
-
t s g
i v
, .
m
E[],
. .
2.1.3.
-Kohn th nht
-Kohn.
,
N
), ,,(
21 N
xxx
(
),(
iii
srx
, s
i
i gii c
thu
:
)23.1.2(
ˆ
EH
E ,
H
ˆ
.
-Openheimer ,
(
LUC Nguyn Th Nguy
)24.1.2(
1
2
1
)(
2
1
ˆ
111
2
operatorrepulsionelectronelectron
N
ji
ji
operatorattractionnucleuselectron
N
i
i
operatorenergykinetic
N
i
i
rr
rvH
:
)5.1.2()(
1
M
i
i
Rr
Z
rv
,
)(rv
.
(
)
:
)26.1.2(, ,,, ,), ,,, ,( )(
111
2
111 NiiiNiii
xdxddsxdxdxxxxNr
x, y, z.
)(r
)(r
. ,
)(r
. ,
)(r
)27.1.2()(
rdrN
,
)(r
[]
-
V
ee
[].
)(r
)(rv
.
.
Đi
̣
nh ly
́
Hohenberg -Kohn thứ nhất:
)(rv
,
,
)(r
[18].
Vi
[28]. ,
,
u di
-V
ne
,
-
V
ee
, T
)(r
,
-.
LUC Nguyn Th Nguy
)28.1.2()()(
)()(
1
)()(
1
)(
1
)( )(
1
)(
)( )(
)( )(
)(
)(
111
11
2
21
2
11
1
2
1
2
1
1
1
2
1
1
*
rrvrd
rrvrd
N
rrvrd
N
r
N
rvrdr
N
rvrd
dsxdxdrvrdxdxddsrvrd
xdxdrvxdxdrv
xdxdrv
xdxdrvV
timesN
NNN
NNNNN
NNN
N
i
Ni
N
N
i
ine
y, u di
-g
qua
)(r
:
)29.1.2()()(][
rdrrvV
ne
Ti u di
-
V
ee
)(r
:
)30.1.2(),(
1
2
)1(1
1
2
)1(
1
2
)1(
1
1
2
1
1
2
1
1
2
1
21
21
21
321
2
21
21
321
2
21
21
1
2
21
)1(
1
2
1
1
2
21
1
1
2
1
1
*
rr
rr
rdrd
xdxddsds
NN
rr
rdrd
xdxddsds
rr
rdrd
NN
xdxd
rr
NN
xdxd
rr
xdxd
rr
xdxd
rr
xdxd
rr
V
N
N
N
timesNN
N
NN
N
N
ji
N
ji
N
N
ji
ji
ee
LUC Nguyn Th Nguy
:
)31.1.2(
2
)1(
),(
321
2
21 N
xdxddsds
NN
rr
y, :
)32.1.2(][
)()(),()()(
),(
][
21
21
2121
21
21
21
21
21
21
termalnonclassicJ
rdrd
rr
rrrr
rdrd
rr
rr
rdrd
rr
rr
V
termalnonclassicenergyrep ulsionCoulomb
ee
J[] .
;
.
T, Thomas-
,
T[].
,
nhc tip
t qua s g m thp c
m b ,
T[c g
-Sham (KS) [19].
u dng
.
2.1.4.
-Sham
,
hi
[19].
n th
,
xu
:
)33.1.2()(
2
1
ˆ
11
2
N
i
is
N
i
i
rvH