化学与生命科学学院赵臻副教授在Materials Chemistry and Physics上发表最新研究成果——过渡金属内嵌氧化镁笼状团簇的研究进展

氧化镁（MgO）是一种重要的功能材料，可用于油漆、催化剂、化学传感器、超导体和自旋电子学材料等领域。前人已通过激光电离飞秒质谱等实验手段获得MgO团簇的稳定结构。理论研究进一步发现，MgO团簇的最稳定结构为中空的笼状构型。过渡金属（TM）掺杂有利于改善MgO的电子态、催化行为和磁学性能。然而，在掺杂了TM的氧化物半导体中，铁磁性的起源备受争议。

化学与生命科学学院赵臻副教授利用密度泛函理论优化获得了TM原子内嵌Mg₁₂O₁₂笼状团簇的几何结构（参见图1）。分析了TM原子与Mg₁₂O₁₂壳相互作用及TM@Mg₁₂O₁₂核@壳团簇的动力学稳定性。进一步讨论了TM@Mg₁₂O₁₂核@壳团簇的电学和磁学性能。

图1. Mg₁₂O₁₂笼状团簇和TM@Mg₁₂O₁₂核@壳团簇的结构

研究发现，除Sc、Ti、Zr、Hf原子外，其它TM原子可以封装在Mg₁₂O₁₂笼中。Mg₁₂O₁₂团簇的结构稳定性高于TM@Mg₁₂O₁₂核@壳团簇。TM原子可以提高Mg₁₂O₁₂笼状团簇的动力学活性。对于IIIB和IVB副族原子，电子从TM原子转移到Mg₁₂O₁₂笼，而对于VB-IIB副族原子，则出现相反的情况。封装在Mg₁₂O₁₂笼中的VIB副族原子具有最大的自旋值。

相关成果发表在Materials Chemistry and Physics （Mater. Chem. Phys.）（中科院SCI三区）240 (2020) 122220上，doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122220。上述研究工作得到辽宁省博士科研启动基金项目的资助（20180551213）。