過渡金屬化合物第一性原理研究.pdf

1、近年來，隨著計(jì)算機(jī)科技和計(jì)算方法的不斷改進(jìn)和發(fā)展，計(jì)算物理以它不可比擬的優(yōu)勢(shì)備受物理學(xué)研究者的青睞。其中，第一性原理計(jì)算(first-principies)，即基于密度泛函理論的從頭算(ab-initio)理論在材料設(shè)計(jì)、合成、模擬計(jì)算等諸多方面有許多應(yīng)用，已經(jīng)成為計(jì)算材料科學(xué)等的重要基礎(chǔ)和核心技術(shù)。本文要用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算程序包的BSTATE(Beijing Simulational Tool for Atom Tec

2、hnology)來研究過渡金屬氧化物的各種特性。
　　近期，電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用體系引起科研界的廣度關(guān)注。過渡金屬氧化物是近來這方面科研的熱點(diǎn)，過渡金屬氧化物的研究開始于五六十年代。近十年來，由于高溫超導(dǎo)氧化物和CMR效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，對(duì)該體系研究的慢慢復(fù)蘇。值得注意的是，在物理學(xué)基礎(chǔ)研究方面，過渡金屬氧化物材料表現(xiàn)出豐富的物理性質(zhì)，諸如由電荷有序、軌道有序、相分離、磁場(chǎng)或光誘導(dǎo)的絕緣體一金屬轉(zhuǎn)變等，激發(fā)著人們?nèi)ヌ剿鳎怪蔀槟壳拔锢硌芯恐械?/p>

3、熱點(diǎn)之一。過渡金屬是指d殼層沒有滿電子的元素，過渡金屬氧化物大多是強(qiáng)關(guān)聯(lián)體，具有的共同特征是價(jià)電子價(jià)電子(3d，4d)比較局域，電子間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)比較重要。在本論文中，我們通過對(duì)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物的研究，從而對(duì)這類材料的電子結(jié)構(gòu)、各種磁性態(tài)以及電荷有序機(jī)制等問題進(jìn)行了一些探索，具體工作包含：
　　1.通過第一性原理計(jì)算KCrF3的電子結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)，我們主要研究了它的四方結(jié)構(gòu)和立方結(jié)構(gòu)。在四方結(jié)構(gòu)中，我們分別用GGA和GGA

4、+U兩種方法計(jì)算，結(jié)果都表明基態(tài)是A型反鐵磁結(jié)構(gòu)和G型軌道有序。我們通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，光電導(dǎo)率的測(cè)量可以顯示四方晶系的軌道結(jié)構(gòu)和磁性分配。對(duì)于立方結(jié)構(gòu)，我們用GGA方法計(jì)算得出基態(tài)是鐵磁半金屬態(tài)，而GGA+U(Ueff=3.0ev)計(jì)算出的基態(tài)是A型反鐵磁絕緣體。我們通過計(jì)算得出：KCrF3的軌道有序是因?yàn)殡娮娱g相關(guān)作用而產(chǎn)生的，并非電子與聲子間的相關(guān)作用。
　　2.通過第一性原理研究了LaCo2B2的電子結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)在材料LaOF

5、eAs和BaFe2As2中，Co-3d與B-2p軌道間的雜化比Fe-3d和As-4p間的雜化強(qiáng)，并且這種雜化削弱了Co原子間的磁有序。因此，LaCo2B2的基態(tài)是非磁的。在費(fèi)米面附近，La-5d的態(tài)密度比較大，有四條能帶穿過費(fèi)米面，這些能帶主要來自于dz2-3r2和dyz/zx軌道。這樣的結(jié)論與材料LaOFeAs和BaFe2As2的都不相同。用釔(Y)替換鑭(La)后材料的基態(tài)不改變，而用鈧(Sc)替換鑭(La)可能使材料中Co原子上的