雙鈣鈦礦氧化物電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、本論文基于第一性原理對具有室溫巨磁阻效應(yīng)(CMR)的雙鈣鈦礦氧化物A2B'B"06(A=Ba，Ca；B'=Mn，Cr；B"=W,Re)的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論研究。計算所用方法為密度泛函理論(DFT)框架下考慮了局域(自旋)密度近似(L(s)DA)的線性muffin-tin軌道(LMTO)方法。對雙鈣鈦礦氧化物，因B'，B”中含有較為局域的3d或4d電子，我們采用了BeyondL(S)DA方法，即LSDA+U方法進(jìn)行處理，得到了與實驗相符的

2、結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)對有些化合物除了要考慮在位庫侖作用U外，還要考慮自旋軌道的耦合作用，才能得到與實驗一致的結(jié)果。 第一章簡單介紹了雙鈣鈦礦氧化物的晶體結(jié)構(gòu)，磁學(xué)性質(zhì)，電子結(jié)構(gòu)以及研究背景。 第二章對本論文所采用的計算方法，包括DFT,L(S)DA，LMTO等方法做了簡要描述。同時介紹了處理雙鈣鈦礦氧化物中局域d或f電子有效的L(S)DA+U方法，對自旋軌道耦合作用也進(jìn)行了討論。 第三章細(xì)致研究了雙鈣鈦礦氧化物Ba2M

3、nW06和Ba2MnRe06的電子結(jié)構(gòu)。通過比較順磁態(tài)，亞鐵磁態(tài)和反鐵磁態(tài)的Ba2MnW06氧化物的總能，確定該雙鈣鈦礦氧化物的基態(tài)為反鐵磁態(tài)，和實驗結(jié)果相符。對于Ba2MnRe06，亞鐵磁態(tài)的能量比反鐵磁態(tài)低很多，說明Ba2MnRe06的基態(tài)為亞鐵磁態(tài)，和實驗得到的結(jié)果一致。在Ba2MnW06和Ba2MnRe06中，Mn3d態(tài)都幾乎為半滿態(tài)。由于強(qiáng)雜化作用，這兩種氧化物的電子組態(tài)可以近似寫成Mn2+(d5)-W2+(do)。由于Re5

4、d態(tài)有一個電子占據(jù)，所以在該氧化物中，Re離子有著和Mn離子相反的磁矩，使得Ba2MnRe06具有亞鐵磁結(jié)構(gòu)。對于反鐵磁態(tài)的Ba2MnW06，計算很容易得到能隙。由于亞鐵磁結(jié)構(gòu)的雙鈣鈦礦氧化物經(jīng)常會伴隨著半金屬性質(zhì)，所以對于亞鐵磁態(tài)的Ba2MnRe06氧化物，只有當(dāng)在位庫侖勢和自旋軌道耦合作用同時被考慮時，才會出現(xiàn)一個非常小的能隙，和實驗測得低溫下Ba2MnRe06氧化物的半導(dǎo)體性相符合(電阻隨溫度的升高而降低)。 第四章研究了

5、Ca2CrRe06和Ca2MnRe06的電子結(jié)構(gòu)。Ca2CrRe06和Ca2MnRe06計算得到的磁有序結(jié)構(gòu)都是亞鐵磁結(jié)構(gòu)，電子組態(tài)分別可以被寫作Mn2+(3ds)一Re6+(5d1)和Mn2+(3d5)-Re6+(5d1)，與實驗測得的結(jié)果相符。實驗報道這兩種雙鈣鈦礦氧化物都是絕緣體，而用LSDA方法計算得到的結(jié)果的分別是半金屬性質(zhì)和導(dǎo)體，即使考慮了在位庫侖勢的修正作用，也只是使得費米能級處的能帶大大減少，但是并沒有打開能隙，也許和B