錳基雙鈣鈦礦化合物的第一性原理計算研究.pdf

1、自上世紀60年代起建立的密度泛函理論包括隨后出現(xiàn)的Kohn-Sham方程,已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理研究領域中的有力工具。而基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,則是計算材料科學的重要基礎和核心技術。近年來,由于大型、高速電子計算機的應用,第一性原理在計算和設計材料方面的優(yōu)越性顯得越來越突出,運用變得越來越廣泛。
　　 鈣鈦礦氧化物材料的研究一直是磁性材料研究中的重要領域之一。而在鈣鈦礦氧化物中,雙鈣鈦礦La2NiMnO6和La2CoM

2、nO6(本文分別簡寫為LNMO和LCMO)是居里溫度接近室溫的鐵磁性半導體材料,在理論和實驗中具有重要的價值,一直引起科學工作者的關注,并已經(jīng)有許多研究報道,但是依然有一些有價值的問題值得我們更進一步仔細研究。比如,本論文的工作中,我們通過對A位離子(La位)摻入一定量替代原子Ba,Sr,Ca,發(fā)現(xiàn)其磁性質(zhì)會發(fā)生變化,從磁性鐵磁半導體轉(zhuǎn)變成了鐵磁半金屬。
　　 為了仔細了解摻雜La位原子對晶體結構和磁性質(zhì)的影響,本文首先運用第一

3、性原理計算方法研究了LNMO和LCMO的電子結構,從分析了它們的電子結構特點和磁性質(zhì)等,然后重點討論了La位摻雜對這兩類材料的電子結構和磁性質(zhì)的影響。主要工作有以下幾個方面:
　　 1,用第一性原理計算研究了LNMO和LCMO的結構性質(zhì),電子結構和磁性質(zhì)。
　　 我們的計算結果顯示LNMO和LCMO的單斜相P21/n應當是鐵磁絕緣體,這和實驗的報道是吻合的,顯示了我們計算結果的可靠性。我們發(fā)現(xiàn)對于LNMO,GGA計算可以

4、得到與實驗相符的結果,計算出的總磁矩為5μ,其中Ni原子和Mn原子的磁矩分別為1.47μB和2.65μB。對于LCMO,GGA的計算結果與實驗不符,LDA+U計算可以得到與實驗相符的結果。計算得到LCMO的總磁矩為6μ,Co原子和Mn原子的磁矩分別為2.63μB和3.16μ,這表明LCMO的磁性質(zhì)受內(nèi)部電子關聯(lián)的影響較大。我們還進一步分析了這兩類材料的內(nèi)部的化學成鍵特點和價態(tài),對于LNMO通過對電子結構的分析判斷出Ni原子的價態(tài)為+2價

5、,Mn原子的價態(tài)為+4價,而對于LCMO則得到Co原子的價態(tài)為+2價,Mn原子的價態(tài)為+3價。這些結果有助于進一步理解這些材料的性質(zhì)。
　　 2,討論了La位原子不同程度的摻雜對LNMO和LCMO的單斜相P21/n結構和磁性質(zhì)的影響,并對通過計算得到的化合物的電子結構的分析解釋了磁性變化的原因。
　　 我們計算發(fā)現(xiàn)對于LNMO,對于La位原子的25％,50％,75％的Sr摻雜,都會出現(xiàn)半金屬特性,但是對于LCMO,只有2