第三章 一條金屬線樣品的一倍結構
第三節 各金屬一倍分析
第一步先分析每種材料最低能量的磁性結構圖（圖）、能帶圖（圖）以及態 密度圖（圖）。
Ti （費米能 : -2.7072 eV）
材料起始值（𝜇𝐵） 總能（eV） 材料的金屬與邊界碳收斂值（𝜇𝐵） 總磁性（𝜇𝐵） Ti1C22 -4.1451634E+02 （0.000，0.118，-0.119） 0.0017
表 14：鈦一倍材料統整表
從圖 5 中的淡藍色與淺黃色為兩種相反磁性，而由圖中可知鈦金屬是無磁 性，而邊界碳原子磁性貢獻最大且兩邊是反鐵磁。
從圖 6 與圖 7 可知此材料具有金屬特性，而主要在費米能帶附近貢獻的電子 軌域為鈦金屬的 d 軌域以及邊界的碳的 p 軌域（C42、C43），而費米能帶附近主 要貢獻的值大小為鈦金屬平均在-0.6 至+1.2 eV 之間以及邊界碳平均在-0.3 至+0.1 eV 之間。還有，圖中可知鈦金屬主要貢獻在費米能上方。
圖 5：鈦金屬鏈一倍材料的單位晶格結構圖
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圖 6：鈦金屬鏈一倍材料的能帶圖
圖 7：鈦金屬鏈一倍材料的態密度圖
V （費米能 : -2.7276 eV）
材料起始值（𝜇𝐵） 總能（eV） 材料的屬與邊界碳收斂值（𝜇𝐵） 總磁性（𝜇𝐵） V1C22 -4.1491438E+02 （0.525，-0.113， -0.113） 0.2327
表 15：釩一倍材料統整表
從圖 8 中的淡藍色與淺黃色為兩種相反磁性，而由圖中可知釩金屬是有磁 性，且與邊界碳原子磁性帶相反磁性， 也可知邊界碳原子磁性互為鐵磁性。
從圖 9 與圖 10 可知此材料具有金屬特性，而主要在費米能帶附近貢獻的 電子軌域為釩金屬的 d 軌域以及邊界的碳的 p 軌域（C42、C43），而費米能帶附 近主要貢獻的值大小為釩金屬平均在-1.0 至+1.0 eV 之間以及邊界碳平均在-0.3 至 +0.1 eV 之間。還有，圖中可知釩金屬主要貢獻在費米能附近。
圖 8：釩金屬鏈一倍材料的單位晶格結構圖
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圖 9：釩金屬鏈一倍材料的能帶圖
圖 10：釩金屬鏈一倍材料的態密度圖
Cr （費米能 : -2.7688 eV）
材料起始值（𝜇𝐵） 總能（eV） 材料的金屬與邊界碳收斂值（𝜇𝐵） 總磁性（𝜇𝐵） Cr2C11 -4.1477978E+02 (0.000，-0.112，0.112) -0.0007
表 16：鉻一倍材料統整表
從圖 8 中的淡藍色與淺黃色為兩種相反磁性，而由圖中可知鉻金屬是有磁 性，只是總磁性為零， 也可知邊界碳原子磁性互為反鐵磁。
從圖 12 與圖 13 可知此材料具有金屬特性，而主要在費米能帶附近貢獻 的電子軌域為鉻金屬的 d 軌域以及邊界的碳的 p 軌域（C42、C43），而費米能帶 附近主要貢獻的值大小為鉻金屬平均在-1.0 至+0.5 eV 之間以及邊界碳平均在-0.3 至+0.1 eV 之間。還有，圖中可知鉻金屬主要貢獻在費米能附近。
圖 11：鉻金屬鏈一倍材料的單位晶格結構圖
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圖 12：鉻金屬鏈一倍材料的能帶圖
圖 13：鉻金屬鏈一倍材料的態密度圖
Mn （費米能 : -2.7274 eV）
材料起始值（𝜇𝐵） 總能（eV） 材料的金屬與邊界碳收斂值（𝜇𝐵） 總磁性（𝜇𝐵） Mn2C11 -4.1423921E+02 (-1.023，0.114，0.113) -0.4928
表 17：錳一倍材料統整表
從圖 14 中的淡藍色與淺黃色為兩種相反磁性，而由圖中可知錳金屬是有磁 性，且與邊界碳原子磁性帶相反磁性， 也可知邊界碳原子磁性互為鐵磁性。
從圖 15 與圖 16 可知此材料具有金屬特性，而主要在費米能帶附近貢獻 的電子軌域為錳金屬的 d 軌域以及邊界的碳的 p 軌域（C42、C43），而費米能帶 附近主要貢獻的值大小為錳金屬平均在-0.5 至+0.5 eV 之間以及邊界碳平均在-0.35 至+0.05eV 之間。還有，圖中可知錳金屬主要貢獻在費米能附近。
圖 14：錳金屬鏈一倍材料的單位晶格結構圖
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圖 15：錳金屬鏈一倍材料的能帶圖
圖 16：錳金屬鏈一倍材料的態密度圖
Fe （費米能 : -2.7491 eV）
材料起始值（𝜇𝐵） 總能（eV） 材料的金屬與邊界碳收斂值（𝜇𝐵） 總磁性（𝜇𝐵） Fe2C22 -4.1337398E+02 (-1.331，-0.121，-0.121) -1.7654
表 18：鐵一倍材料統整表
從圖 17 中的淡藍色與淺黃色為兩種相反磁性，而由圖中可知鐵金屬是有磁 性，且與邊界碳原子磁性帶相同磁性， 也可知邊界碳原子磁性互為鐵磁性。
從圖 18 與圖 19 可知此材料具有金屬特性，而主要在費米能帶附近貢獻的電 子軌域為鐵金屬的 d 軌域以及邊界的碳的 p 軌域（C42、C43），而費米能帶附近 主要貢獻的值大小為鐵金屬平均在-0.5 至+0.5 eV 之間以及邊界碳平均在-0.3 至 +0.1 eV 之間。還有，圖中可知鐵金屬主要貢獻在費米能附近。
圖 17：鐵金屬鏈一倍材料的單位晶格結構圖
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圖 18：鐵金屬鏈一倍材料的能帶圖
圖 19：鐵金屬鏈一倍材料的態密度圖
Co （費米能 : -2.7246 eV）
材料起始值（𝜇𝐵） 總能（eV） 材料的金屬與邊界碳收斂值（𝜇𝐵） 總磁性（𝜇𝐵） Co1C11 -4.1228306E+02 (0.386，0.121，0.121) 0.9535
表 19：鈷一倍材料統整表
從圖 20 中的淡藍色與淺黃色為兩種相反磁性，而由圖中可知鈷金屬是有磁 性，且與邊界碳原子磁性帶相同磁性， 也可知邊界碳原子磁性互為鐵磁性。
從圖 18 與圖 19 可知此材料具有金屬特性，而主要在費米能帶附近貢獻的電 子軌域為鐵金屬的 d 軌域以及邊界的碳的 p 軌域（C42、C43），而費米能帶附近 主要貢獻的值大小為鈷金屬平均在-0.35 至-0.07 eV 之間以及邊界碳平均在-0.2 至 +0.05 eV 之間。還有，圖中可知鈷金屬主要貢獻在費米能下方。
圖 20：鈷金屬鏈一倍材料的單位晶格結構圖
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圖 21：鈷金屬鏈一倍材料的能帶圖
圖 22：鈷金屬鏈一倍材料的態密度圖
Ni （費米能 : -2.7206 eV）
材料起始值（𝜇𝐵） 總能（eV） 材料的金屬與邊界碳收斂值（𝜇𝐵） 總磁性（𝜇𝐵） Ni1C12 -4.1085561E+02 （0.089，-0.114，0.114） 0.1174
表 20：鎳一倍材料統整表
從圖 23 中的淡藍色與淺黃色為兩種相反磁性，而由圖中可知鎳金屬是有磁 性，且邊界碳原子磁性帶互為反磁性。
從圖 24 與圖 25 可知此材料具有金屬特性，而主要在費米能帶附近貢獻的電 子軌域為鎳金屬的 d 軌域以及邊界的碳的 p 軌域（C42、C43），而費米能帶附近 主要貢獻的值大小為鎳金屬平均在-1.0 至-0.7 eV 之間以及邊界碳平均在-0.35 至 +0.1eV 之間。還有，圖中可知鎳金屬主要貢獻在費米能下方。
圖 23：鎳金屬鏈一倍材料的單位晶格結構圖
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圖 24：鎳金屬鏈一倍材料的能帶圖
圖 25：鎳金屬鏈一倍材料的態密度圖
Cu （費米能 : -2.6492 eV）
材料起始值（𝜇𝐵） 總能（eV） 材料的金屬與邊界碳收斂值（𝜇𝐵） 總磁性（𝜇𝐵） Cu1C12 -4.0830477E+02 (0.000，-0.104，0.105) 0.0009
表 21：銅一倍材料統整表
從圖 26 中的淡藍色與淺黃色為兩種相反磁性，而由圖中可知銅金屬是無磁 性，且邊界碳原子磁性帶互為反磁性。
從圖 27 與圖 28 可知此材料具有金屬特性，而主要在費米能帶附近貢獻的電 子軌域為邊界的碳的 p 軌域（C42、C43），這時沒有銅金屬的 d 軌域貢獻，所以 費米能帶附近主要貢獻的值大小為邊界碳平均在-0.3 至+0.05 eV 之間。還有，圖 中可知銅金屬主要貢獻遠在費米能下方。
圖 26：銅金屬鏈一倍材料的單位晶格結構圖
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圖 27：銅金屬鏈一倍材料的能帶圖
圖 28：銅金屬鏈一倍材料的態密度圖
Zn （費米能 : -2.7659 eV）
材料起始值（𝜇𝐵） 總能（eV） 材料的金屬與邊界碳收斂值（𝜇𝐵） 總磁性（𝜇𝐵） Zn2C11 -4.0709028E+02 (0.000，-0.119，-0.119) -0.5001
表 22：鋅一倍材料統整表
從圖 29 中的淡藍色與淺黃色為兩種相反磁性，而由圖中可知鋅金屬是無磁 性，且邊界碳原子磁性帶互為鐵磁性。還有，圖中可知奈米石墨帶有嚴重的彎 曲。
從圖 30 與圖 31 可知此材料具有金屬特性，而主要在費米能帶附近貢獻的電 子軌域為邊界的碳的 p 軌域（C42、C43），這時沒有鋅金屬的 d 軌域貢獻，所以 費米能帶附近主要貢獻的值大小為邊界碳平均在-0.30 至+0.10 eV 之間。還有，圖 中可知鋅金屬主要貢獻遠在費米能下方。
圖 29：鋅金屬鏈一倍材料的單位晶格結構圖
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圖 30：鋅金屬鏈一倍材料的能帶圖
圖 31：鋅金屬鏈一倍材料的態密度圖
第二步分析每個材料最低能量狀態時的磁性如表 23：
金屬磁性（𝜇𝐵） 奈米石墨帶的邊界碳磁性（𝜇𝐵） 整體磁性（𝜇𝐵） Ti 0.000 反磁性（0.118，-0.119） 0.0000
V 0.512 鐵磁性 (-0.113，-0.113） 0.2328 Cr 0.000 反磁性 (-0.112，0.112) -0.0007 Mn -1.023 鐵磁性 (0.114，0.113) -0.4928 Fe -1.331 鐵磁性 (-0.121，-0.121) -1.7654 Co 0.386 鐵磁性 (0.121，0.121) 0.9535 Ni 0.089 反磁性 (-0.114，0.114） 0.1174 Cu 0.000 反磁性 (-0.104，0.105) 0.0009 Zn 0.000 鐵磁性 (-0.119，-0.119) -0.5001
表 23：每個材料最低能量狀態時的磁性
結論，在各種金屬的能帶圖與電荷密度圖發現，鍵結力的強弱會影響到過度 金屬在費米附近能量的貢獻，就拿鍵結力弱的銅與鋅來說，他們的貢獻遠遠比其 他的過渡金屬的貢獻偏離費米能特別多。還有，釩與鉻在最低能量時，其金屬收 斂磁性不同。可能是釩外層價電子為三顆電子與鉻外層價電子為四顆電子，其數 目不同其一為奇數另一為偶數，故其電子轉移方式不同並影響磁性，故影響最低 能量。
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