雙鈣鈦礦Sr-,2-FeWO-,6-的A位半摻雜電子結(jié)構(gòu)與磁性的第一性原理研究.pdf

1、自從Kobayashi等人發(fā)現(xiàn)了Sr2FeMoO6和Sr2FeReO6室溫下具有龐磁電阻效應(yīng)后，這類作為最有可能在室溫下實(shí)用的磁電阻材料之一的雙鈣鈦礦過(guò)渡金屬氧化物備受矚目。研究表明，這兩種材料中Fe離子均為+3價(jià)，處于S=5/2高自旋態(tài)，都具有亞鐵磁半金屬性質(zhì)，且分別擁有415K及401K的居里溫度。然而與前兩者同屬一個(gè)系列的Sr2FeWO6為反鐵磁絕緣體，+2價(jià)Fe離子處于S=2高自旋態(tài)，尼爾溫度僅為16～37K。通過(guò)對(duì)雙鈣鈦礦材料

2、的摻雜可以改變其晶體結(jié)構(gòu)、磁電阻效應(yīng)以及居里溫度等物理特性，但至今對(duì)Sr2FeWO6的摻雜體系鮮有報(bào)道。最近，Huo等人對(duì)Sr2FeWO6的A位K+1空穴半摻雜發(fā)現(xiàn)，SrKFeWO6在室溫下為半導(dǎo)體，處于鐵磁態(tài)，且居里溫度高達(dá)500K以上，同時(shí)在室溫低磁場(chǎng)下?lián)碛胸?fù)89％的磁電阻，但至今尚未有對(duì)該摻雜體系理論計(jì)算方面的報(bào)道。本文采用密度泛函理論在廣義梯度近似下的綴加平面波方法，從理論計(jì)算的角度研究了Sr2FeWO6的A位空穴和電子半摻雜晶

3、體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和磁性性質(zhì)。
　　 本文包括五個(gè)部分：第一章簡(jiǎn)要地對(duì)磁電阻效應(yīng)及雙鈣鈦礦氧化物的研究概況進(jìn)行介紹。第二章簡(jiǎn)述了本文工作的理論計(jì)算基礎(chǔ)——密度泛函理論。第三章基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法主要研究了Sr2FeWO6的A位空穴(摻K+1)半摻雜晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和磁性性質(zhì)。第四章對(duì)Sr2FeWO6的A位電子(摻La+3)半摻雜晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和磁性性質(zhì)進(jìn)行了研究。第五章我們對(duì)本論文工作進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要總結(jié)并對(duì)今后

4、的研究作了展望。
　　 對(duì)雙鈣鈦礦Sr2FeWO6進(jìn)行空穴摻雜(摻K+1)形成的有序雙鈣鈦礦SrKFeWO6體系的研究表明，SrKFeWO6的基態(tài)最可能具有AFII反鐵磁結(jié)構(gòu)；摻雜使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了由三斜到四方微小的畸變，晶格常數(shù)與晶體體積略有所減小，F(xiàn)eO6和WO6八面體的扭曲度變小，結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定，且摻雜后Fe-O-W平均鍵長(zhǎng)減小而鍵角增大到更加接近180°，有利于Fe-O-W-O-Fe長(zhǎng)程超交換作用增強(qiáng)；電子結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果顯

5、示SrKFeWO6占據(jù)的電子局域態(tài)消失，F(xiàn)e-O之間的雜化作用明顯增大，帶隙增加，電子的遷移方式由摻雜前Fe-W之間的電荷轉(zhuǎn)移變成了摻雜后電子在Fe-Fe之間的直接遷移。所有這些性質(zhì)的變化導(dǎo)致了材料的磁相變溫度的升高。另外K+1離子摻雜引入了空穴，導(dǎo)致B'位Fe離子價(jià)態(tài)處于+2和+3混合價(jià)態(tài)，但B"位W離子價(jià)態(tài)保持不變，因此材料整體顯為鐵磁態(tài)。我們的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)報(bào)道一致。
　　 對(duì)Sr2FeWO6進(jìn)行電子摻雜(摻La+3)形成

6、有序雙鈣鈦礦SrLaFeWO6的研究發(fā)現(xiàn)，SrLaFeWO6在AFII結(jié)構(gòu)下表現(xiàn)為金屬性質(zhì)；摻雜使得材料的晶格常數(shù)與晶體體積增大，F(xiàn)eO6和WO6八面體的更加扭曲，F(xiàn)e-O-W平均鍵長(zhǎng)增大而鍵角減小，不利于Fe-O-W的超交換作用；La對(duì)體系的磁性沒(méi)有單獨(dú)作出貢獻(xiàn)，只是起到了引入電子的作用，并且這個(gè)電子主要是貢獻(xiàn)給了W軌道，使得B"位W離子價(jià)態(tài)發(fā)生變化，而B(niǎo)'位Fe離子價(jià)態(tài)沒(méi)有發(fā)生變化。這些結(jié)論實(shí)驗(yàn)上其它雙鈣鈦礦中A位電子摻雜得到的結(jié)果