3d過(guò)渡金屬氧化物電子結(jié)構(gòu)的第一性原理計(jì)算.pdf

1、3d過(guò)渡金屬氧化物電子結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物電子結(jié)構(gòu)的第一性原理計(jì)算第一性原理計(jì)算FirstPrinciplesCalculationsonElectronicStructureof3dTransitionMetalOxides（申請(qǐng)碩士學(xué)位）專(zhuān)業(yè)：材料物理與化學(xué)研究生：楊華指導(dǎo)教師：米文博副教授理學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)系2013年5月天津大學(xué)碩士學(xué)位論文–I–中文摘要由于信息存儲(chǔ)密度的飛速發(fā)展，人們將研究熱點(diǎn)轉(zhuǎn)移到能夠把電子的電荷和自旋屬性結(jié)合

2、在一起的自旋電子學(xué)器件。自旋電子學(xué)器件需要高效率的自旋注入源。由于居里溫度低、磁性來(lái)源不明確、界面處電阻率失配等問(wèn)題，稀磁半導(dǎo)體和半金屬材料不能滿足實(shí)際應(yīng)用。那么如何獲得高自旋極化材料和解析異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面處的自旋極化率的變化成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。本文利用第一性原理計(jì)算的方法計(jì)算了磁性或非磁性元素?fù)诫s反鐵磁氧化物CuO、NiO和α–Fe2O3的電子結(jié)構(gòu)，為獲得新型高自旋極化率的材料提供理論支持。通過(guò)計(jì)算半金屬和多鐵材料Fe3O4BiFeO

3、3(001)超晶格的磁性和電子結(jié)構(gòu)，以及Fe3O4石墨烯異質(zhì)結(jié)界面處的自旋極化率的變化，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。通過(guò)計(jì)算過(guò)渡金屬摻雜反鐵磁氧化物NiO和α–Fe2O3的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在Cu摻雜NiO中出現(xiàn)自旋極化現(xiàn)象，表現(xiàn)為半金屬性。半金屬性是由Cu?3d和O?2p態(tài)的軌道雜化所致。在Cu和Cd摻雜的α–Fe2O3中，體系為半金屬性，增強(qiáng)了對(duì)可見(jiàn)光的吸收能力，進(jìn)而提高了光電化學(xué)性能。通過(guò)計(jì)算Cu1?xFexO的磁性和電

4、子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)單摻雜和雙摻雜的Cu1?xFexO在費(fèi)米能級(jí)均能產(chǎn)生自旋極化。單摻雜體系的自旋極化和磁性來(lái)源于Fe2?O2??Cu2之間的雙交換相互作用，而雙摻雜體系的自旋極化和磁性來(lái)源于Fe2?O2??Cu2?O2??Fe2之間的雙超交換相互作用。通過(guò)計(jì)算Fe3O4BiFeO3(001)超晶格的磁性和電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)磁性變化來(lái)源于界面處原子的成鍵和電荷轉(zhuǎn)移。Fe3O4BiFeO3(001)超晶格的磁矩增大，最大增加13%。界面處O含量對(duì)磁矩

5、的增加起著關(guān)鍵作用，其影響了界面處原子的成鍵和電荷轉(zhuǎn)移，使得Fe3O4的磁矩增大，因此可通過(guò)調(diào)控界面處的O含量來(lái)調(diào)控界面耦合的強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)算Fe3O4(111)石墨烯異質(zhì)結(jié)的不同界面的電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)界面終端不同，磁性不同；磁矩均增大，最大增加18.5%。界面中Fe(A)的磁矩變化比較大，這是由于Fe(A)比Fe(B)周?chē)懈俚难酰菀资芙缑嬗绊?。由于受界面的影響，F(xiàn)e3O4自旋極化率降低。這說(shuō)明界面終端在調(diào)控界面體系的磁性和自旋極化