雙鈣鈦礦Sr-,2-FeWO-,6-的A位半摻雜電子結構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后，這類作為最有可能在室溫下實用的磁電阻材料之一的雙鈣鈦礦過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，處于S=5/2高自旋態(tài)，都具有亞鐵磁半金屬性質，且分別擁有415K及401K的居里溫度。然而與前兩者同屬一個系列的Sr2FeWO6為反鐵磁絕緣體，+2價Fe離子處于S=2高自旋態(tài)，尼爾溫度僅為16～37K。通過對雙鈣鈦礦材料

2、的摻雜可以改變其晶體結構、磁電阻效應以及居里溫度等物理特性，但至今對Sr2FeWO6的摻雜體系鮮有報道。最近，Huo等人對Sr2FeWO6的A位K+1空穴半摻雜發(fā)現(xiàn)，SrKFeWO6在室溫下為半導體，處于鐵磁態(tài)，且居里溫度高達500K以上，同時在室溫低磁場下?lián)碛胸?9％的磁電阻，但至今尚未有對該摻雜體系理論計算方面的報道。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，從理論計算的角度研究了Sr2FeWO6的A位空穴和電子半摻雜晶

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

4、的研究作了展望。
　　 對雙鈣鈦礦Sr2FeWO6進行空穴摻雜(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反鐵磁結構；摻雜使晶體結構發(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，結構變得更加穩(wěn)定，且摻雜后Fe-O-W平均鍵長減小而鍵角增大到更加接近180°，有利于Fe-O-W-O-Fe長程超交換作用增強；電子結構計算結果顯

5、示SrKFeWO6占據的電子局域態(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。所有這些性質的變化導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，導致B'位Fe離子價態(tài)處于+2和+3混合價態(tài)，但B"位W離子價態(tài)保持不變，因此材料整體顯為鐵磁態(tài)。我們的計算結果與實驗報道一致。
　　 對Sr2FeWO6進行電子摻雜(摻La+3)形成

6、有序雙鈣鈦礦SrLaFeWO6的研究發(fā)現(xiàn)，SrLaFeWO6在AFII結構下表現(xiàn)為金屬性質；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平均鍵長增大而鍵角減小，不利于Fe-O-W的超交換作用；La對體系的磁性沒有單獨作出貢獻，只是起到了引入電子的作用，并且這個電子主要是貢獻給了W軌道，使得B"位W離子價態(tài)發(fā)生變化，而B'位Fe離子價態(tài)沒有發(fā)生變化。這些結論實驗上其它雙鈣鈦礦中A位電子摻雜得到的結果