Density functional investigation of Fe clusters (n 6) with Cr substitutions; UB3LYP/LanL2DZ calculation

Cr置換したFeクラスター(n6)のDFT計算; UB3LYP/LanL2DZ

中沢 哲也; 五十嵐 誉廣  ; 都留 智仁   ; 加治 芳行  

Nakazawa, Tetsuya; Igarashi, Takahiro; Tsuru, Tomohito; Kaji, Yoshiyuki

対称性のもとUB3LYP/LanL2DZレベルで構造最適化したFe, Cr, FeCr(=2-6, =1-6)クラスターの構造変数,結合エネルギー及び電子構造等を求めた。Feのこれらの特性へのCr置換効果を確認した。Feの結合エネルギーは連続的なCr置換により徐々に減少した。ほとんどのFe-CrクラスターではFe-Fe及びFe-Cr結合に比べてCr-Cr結合の方が長く、Fe-Fe, Fe-Cr, Cr-Cr結合の順に結合長は長くなっている。Fe-CrクラスターにおけるCr-Cr結合のようなより長い結合長は原子間に働く磁気的フラストレーションによる強い反発によって生じている。これはCr置換に起因した電子構造の変化、特に結合への4sや3d電子の寄与の程度と関連している。

Geometric parameters, binding energies, natural populations, natural electron configurations and magnetic moments are obtained for the clusters of Fe, Cr and FeCr ( = 2-6, = 1-6) optimized under the constraint of well-defined point group symmetries at the UB3LYP/LanL2DZ level. The substitutional effects of Cr in Fen are found in the properties. The binding energies of Fen are generally decreased by successive substitutions of Cr for Fe atoms in the clusters. In the mixed Fe-Cr clusters most of Cr-Cr bond lengths are larger than the Fe-Fe and Fe-Cr bond lengths. Among the Fe-Fe, Fe-Cr and Cr-Cr bond lengths in the mixed clusters, the trend is found to become larger in that order. The larger distances between atoms in the mixed clusters are mostly caused by the strong repulsion due to magnetic frustration between atoms. The changes are associated with those of electronic structure by the Cr substitutions, especially with the extent of contribution of 4s and 3d electrons to bond.