氧化钒晶体的半导体至金属相变的理论研究

本文利用第一性原理方法研究了金红石相和单斜相VO₂晶体的电子结构和热力学性质.在计算中采用局域密度近似结合Hubbard U模型(LDA+U)描述电子的局域强关联效应,同时也利用微扰密度泛函方法计算了两种相结构的声子谱.计算结果表明V原子3d电子轨道中x²-y²轨道能级分裂决定了VO₂晶体在不同相结构下的金属和绝缘体特性.零温状态方程计算揭示了在68 GPa时可以发生从单斜结构 关键词： 2')" href="#">VO₂ 相变 第一性原理     

双轨道Hubbard模型的动力学平均场理论研究

基于以Lanczos方法为杂质求解器的动力学平均场理论,研究了非局域轨道间跃迁对于双轨道强关联体系中轨道选择Mott相变的影响.计算了轨道间跃迁系数不同的双轨道Hubbard模型的准粒子权重和态密度,并构建了它们在相互作用强度U和轨道带宽比t₂/t₁影响下的相图.通过正则变换引入两个有效的退耦和轨道,在一定条件下轨道间跃迁会有利于轨道选择Mott相变的发生.还比较了Bethe晶格和正方晶格的相图,虽然基于两种不同晶格能带结构得到的轨道选择Mott相变的相变点存在一定的差异,但其中关于轨道选择Mott相变的基本物理图像具有一致性.并将方法拓展到半满的Ba₂CuO_4–δ材料的研究中,与根据密度泛函理论得到的能带对比,我们发现各向同性的轨道间跃迁对能带结构影响较大,进一步采用动量空间各向异性的非局域轨道间跃迁项,得到了材料的相图,在半满条件下Ba₂CuO_4–δ应为轨道选择Mott材料.     

洪德耦合的调控与轨道选择Mott相变

洪德耦合相互作用是导致多轨道体系发生轨道选择Mott相变的重要因素之一. 通过调控洪德耦合相互作用来研究其不同组成部分对轨道选择Mott相变的作用. 利用基于Lanczos 求解器的动力学平均场理论, 对比了双轨道的J模型和Jz模型的金属-绝缘体相变, 并重点讨论洪德耦合中的自旋翻转项和电子对跃迁项以及轨道宽度比值W₂/W₁如何影响轨道选择Mott 相变. 在J模型的相图中, Mott选择相占有较大的区域, 而Jz模型的轨道选择Mott 相只存在于一个很狭窄的区域内, 这说明自旋翻转项及电子对跳跃项是有利于轨道选择Mott相变发生的关键因素. 此外当轨道宽度之比大于W₂/W₁=0.7时, Jz 模型的轨道选择Mott 相会完全消失, 而J模型中只要轨道宽度不同都存在轨道选择Mott相. 因而, 简化后的Jz 模型只是在特定条件下才适合于研究轨道选择Mott相变.     

Hubbard模型中的相位弦效应与交互Chern-Simons理论

费米子符号在费米液体理论中至关重要. 然而, 在Mott绝缘体中, 很强的电子Coulomb相互作用抑制了体系的电荷涨落并消除了电子交换带来的费米子符号问题. 本文首先回顾二分晶格上Hubbard模型的相位弦理论, 从弱关联的费米液体到强关联的反铁磁Mott绝缘体的转变可以由此得到统一理解. 在任意Coulomb作用强度U下, 我们首先导出Hubbard模型的严格的符号结构. 在小U极限下, 它回到通常的费米子符号; 在大U极限下, 它给出了t-J模型的相位弦符号. 在半满情形下, 我们构造了一种电子分数化的表象, 其中, 电荷子与自旋子通过演生的交互Chern-Simons规范场相互耦合. 由此导出的基态波函数拟设与低能有效理论可以定性刻画Hubbard模型的基态相图. 在弱关联区域, 费米液体的准粒子由电荷子与自旋子的束缚态构成, 其长程相位相干性取决于背景自旋的关联性质. 体系的Mott转变可以通过电荷子打开能隙或是通过自旋子玻色凝聚来实现.     

KxCoO2·yH2O(x<0.2,y≤0.8)的晶体结构、输运及磁学性质

利用熔融KOH和Co₃O₄在较低温度(480℃)下反应制备出K_0.36CoO₂，然后用高锰酸钾溶液和饱和的过硫酸钾溶液进行氧化处理.氧化的同时伴随有水分子嵌入.K_0.36CoO₂用高锰酸钾和过硫酸钾溶液处理后分别得到K_0.12CoO₂·0.8H₂O和K_0.16CoO₂·0.6H₂O.这两种化合物都属于六角晶系，表现出金属行为，脱水后主相变为正交结构并且呈现出半导体特性.K_0.16CoO₂·0.6H₂O在56K附近可能存在自旋玻璃转变行为或其他涨落.随着钾含量的减少和水含量的增多，样品的自旋玻璃行为受到抑制或发生磁性相分离.样品K_0.12CoO₂·0.8H₂O在零场冷却和有场冷却曲线上的分叉现象基本上消失.还讨论了产生K_xCoO₂与Na_xCoO₂体系结构和物性差别的原因. 关键词： xCoO₂')" href="#">K_xCoO₂ 晶体结构 自旋玻璃态 磁性     

二氧化铀电子结构和弹性性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理的方法系统研究了UO₂的晶体结构、电子结构和弹性性质. 在计算中采用广义梯度近似结合Hubbard U项描述电子的局域强关联效应. 首先通过计算能带带隙大小并与理论值比较的方法, 得到了合理的有效库仑相关作用能(U_eff)的取值, 同时通过态密度的计算, 进一步验证了U_eff取值的合理性. 计算得到UO₂中U原子的U_eff值为3.30 eV (U_eff=U-J, U=3.70 eV, J=0.40 eV). 应用此参数计算得到的UO₂晶格常数为5.54 Å, 带隙宽度为2.17 eV. 该结果优于目前现有的研究结果, 同时在同样的U_eff值条件下计算所得到的弹性常数与实验值也符合得较好. 相较于之前的基于实验测量并分析得到的U_eff值, 我们所采用的方法在对UO₂性质描述上更为准确. 不同的有效库仑相关作用能取值下的态密度结果表明, 有效库仑相关作用能的大小可以影响铀原子5f电子轨道的分布.     

一维扩展离子Hubbard模型的相图研究

应用密度矩阵重整化群方法, 研究了存在交错离子势Δ时一维半满扩展Hubbard模型的相图. 通过计算关联函数、结构因子、位置算符等方法, 描绘了从Mott绝缘体-键有序绝缘体-Band 绝缘体的特性并给出了精确的相边界. 研究发现: 中间的键有序绝缘体相在相图中占据了很小的一部分区域, 当存在离子势Δ的情况下, 这个区域将会有所增大; 而当相互作用足够强时, 这个中间相消失. 给出了离子Hubbard模型(最近邻电子-电子相互作用V=0)的相图.     

LixNayCoO2的制备和热电性质

用固相反应方法，成功地合成了具有交互生长结构的Li_xNa_yCoO₂单相多晶系列样品. 热电势测量表明，该系统的室温热电势比Na_xCoO₂体系约高出60μV/K. 基于空穴载流子具有O2p特征，提出Li_xNa_yCoO₂中额外的热电势来源于氧空穴的占位熵. 关键词： xNa_yCoO₂')" href="#">Li_xNa_yCoO₂ 热电势 热电材料     

耦合双量子点的磁序与电子结构

耦合双量子点中电子间静电相互作用对电子在系统中隧穿效应具有重要影响.考虑电子隧穿,交换及Hubbard关联作用后,在单态近似下,本文求解了耦合双量子点二电子问题,讨论了铁磁基态及Mott局域化态出现的条件。这里的结果表明电子的隧穿不利于铁磁基态的形成,Hubbard关联越强越有利于Mott局域化态的形成,并且在交换作用下Mott局域化态会转变为铁磁基态. 此外,外场可以诱导磁序相的改变。     

金红石相VO2电子结构与光电性质的第一性原理研究

采用完全势线性缀加平面波方法(FP-LAPW)结合密度泛函+U(DFT+U)模型计算了金红石相VO₂的电子结构和光学性质. 电子态密度计算结果表明所采用的方法可以较好的描述体系的导带电子结构. 计算得到体系为导体,V-O键主要由O原子的2 p轨道与V原子的3 d轨道杂化形成,外加光场垂直和平行于c轴时体系的等离子振荡频率为3.44 eV和2.74 eV,光电导率在0-1 eV之间有一个与带内跃迁有关的德鲁德峰,而大于1 eV的光电导率主要由电子带间跃迁产生,得到并分析了带内跃迁过程和带间跃迁过程各自对反射谱和电子能量损失谱的贡献. 关键词： 光电性质 电子结构 缀加平面波方法 2')" href="#">VO₂     

Universal relation between spectroscopic constants

A universal relation between the Sutherland parameter, Δ (= k _e r _e ^/2 /2D _e) and the dimensionless parameter G (= 8ω _e x _e /B _e ), has been established using 40 electronic states, which include ground as well as excited states of polar and non-polar molecules. This relation is used to predict the dissociation energy of four lowest electronic states of S ₂ molecule. The respective values for the states X ³Σ _g ^/− , a ¹Δ _g , b ¹Σ _g ^/+ and B ³Σ _u ^/− turn out to be 36557, 31431, 28247 and 13429 cm⁻¹, and are in good agreement with the experimental values. Furthermore, metastable states a ¹Δ _g and b ¹Σ _g ^/+ of S ₂ are shown to dissociate into ³ P ₁ + ³ P ₁ as against the dissociation of X ³Σ _g ^/− into ³ P ₂ + ³ P ₁. In addition, a relation between Sutherland parameter Δ and internuclear distance r _e , viz., Δ=2.2r _e has been obtained for the ground state of alkali diatomic molecules.     

Competition between crystal field splitting and Hund’s rule coupling in two-orbital magnetic metal-insulator transitions

Competition between crystal field splitting and Hund’s rule coupling in magnetic metal-insulator transitions of half-filled two-orbital Hubbard model is investigated by multi-orbital slave-boson mean field theory. We show that with the increase of Coulomb interaction, the system firstly transits from a paramagnetic (PM) metal to a Néel antiferromagnetic (AFM) Mott insulator, or to a nonmagnetic orbital insulator, depending on the competition of crystal field splitting and the Hund’s rule coupling. The AFM Mott insulating, PM metallic and orbital insulating phases are not, partially and fully orbital polarized, respectively. For a small J _H and a finite crystal field, the orbital insulator is robust. These results demonstrate that large crystal field splitting favors the formation of the orbital insulating phase, while large Hund’s rule coupling tends to destroy it, driving the low-spin to high-spin transition.     

The reversal of magnetization driven by the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Bi2FeMnO6

Ab initio calculations show that the coupling between antiferrodistortive (AFD) distortions and magnetization in perovskite Bi₂FeMnO₆ is prohibited to make magnetization rotate as effective Hubbard parameter is larger than 2.7 eV, where anomalies in antiferromagnetic (AFM) vectors and band gap varying with on-site Coulomb interaction can be observed. This coupling is attributed to the antisymmetric Dzyaloshinskii-Moriya interaction driven by the e_g-e_g states AFM interaction and charge redistribution with respect to different AFD distortions.     

双层反铁磁体K3Cu2F7 中轨道序驱动的自旋二聚化

基于自旋-轨道-晶格Hamilton量,应用团簇自洽场方法,研究了双层钙钛矿结构材料K₃Cu₂F₇基态的晶格、磁及轨道结构,发现近孤立的双层的对称破缺和Jahn-Teller晶格畸变使得Cu²⁺离子在每层内交替占据 z²-x²〉/ z²-y²〉轨道,进而导致双层的层间表现为强的反铁磁耦合,层内为弱的铁磁耦合.强反铁磁耦合导致层间     

Fe_nO_m~+(n+m=4)团簇的构型、电子结构特征和磁性

采用二项式方案构建了FenOm+(n+m=4)团簇的大量可能初始结构.运用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论中的PW91交换关联泛函对这些初始结构进行优化和频率分析,得到12个稳定的异构体.在此基础上计算和分析了它们的结合能、对称性、键长、磁矩,最高占据轨道与最低未占据轨道的能隙.发现Fe—O键在FenOm+(n+m=4)团簇的稳定中具有重要作用,团簇的总磁矩主要取决于铁原子的磁矩和各个原子磁矩排布情况.     

Theoretical investigations of the spin Hamiltonian parameters for the CoCl(PPh3)3 molecules

The perturbation formulas of the spin Hamiltonian parameters (zero-field splitting and g factor g_// and g_⊥) are established for a 3d⁸ ion in trigonally distorted tetrahedra for the first time. In the theoretical treatments, the contributions from the Jahn–Teller effect, the ligand orbital and spin–orbit coupling interactions and configuration interactions are taken into account from the cluster approach in a uniform way. The above formulas are applied to the studies of the spin Hamiltonian parameters for the three CoCl(PPh₃)₃ molecules, and the experimental electron paramagnetic resonance spectra of all the molecules are satisfactorily explained. The significant compressions of the ligand tetrahedra with mixed chlorine and PPh₃ groups around Co⁺ are analysed for three distinct CoCl(PPh₃)₃ compounds, characterised by the Cl–Co–P bond angles θ larger than the tetrahedral angle of 109.47°. The local trigonal distortions are discussed in view of the Jahn–Teller effect.     

［Mg(NH2)2］n(n=1—5)团簇的密度泛函理论研究

用密度泛函理论的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G^*基组水平上对［Mg(NH₂)₂］_n(n=1—5)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究.结果表明：团簇易形成链状结构,Mg—N键长为0.190—0.234 nm,N—H键长为0.101—0.103 nm,H—N—H键角为100.2°—107.5°;团簇中M 关键词： 2)₂］_n(n=1—5)团簇')" href="#">［Mg(NH₂)₂］_n(n=1—5)团簇 密度泛函理论 结构与性质 储氢材料     

Theψ-particles in an SU4 scheme with anomalous currents

The recently discovered narrow peaks (theψ-particles) in e⁺e⁻ system at 3.105 and 3.695 GeV are interpreted as hadrons in a broken SU₄ symmetry scheme. A new additional additive quantum number, parachargeZ, is combined with the usual SU₃ quantum numbers in the group SU₄. Theψ (3.1) is assigned to a near ideally mixed15⊕1 multiplet of vector mesons (containing theρ) as theI=Y=0, charge conjugationC=−combination ofZ=±1.members. Theψ (3.7) is assigned correspondingly to another mixed15⊕1 multiplet containing theρ′ (1600). The hadronic electromagnetic interactions are modified by the addition of (non-minimal) anomalous pieces that can changeZ. The decays of theψ-particles are discussed. New enlarged SU₄ multiplets of other hadrons are proposed. Tests of our scheme are put forward. The most crucial test will be the observation of two rather broad resonances in e⁺ e⁻ collisions with masses around 4.2 GeV and 5.1 GeV. Another prediction is the presence of energetic photons in the decays of theψ-particles. Important results concerning the recently observed phenomena in the process e⁺e⁻→hadrons follow in this scheme.     

MgH分子X2Σ+，A2Π和B2Σ+电子态的势能函数

利用QCISD(T),SAC-CI方法和cc-pVQZ,aug-cc-pVTZ,6-311++G及6-311++G(3df,2pd)基组,对MgH分子的基态X²Σ⁺,第一简并激发态A²Π和第二激发态B²Σ⁺的结构进行优化计算.通过对4个基组计算结果进行比较,得出6-311++G(3df,2pd)基组为最优基组.使用 关键词： 分子结构与势能函数 激发态 Murrell-Sorbie函数 C₆函数')" href="#">Murrell-Sorbie+C₆函数     

(Ca3N2)n(n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G^*基组水平上对(Ca₃N₂)_n(n=1—4)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了理论分析.结果表明,(Ca₃N₂)_n(n=1—4)团簇最稳定构型中N原子为3—5配位,Ca—N键长为0.231—0.251nm,Ca—Ca键长为0.295—0.358nm;N原子的自然电荷在-1.553e—-2.241e之间,Ca原子的自然电荷在1.035e—1.445e之间,Ca和N原子间相互作用呈现较强的离子性,Ca₃N₂和(Ca₃N₂)₃团簇有相对较高的动力学稳定性. 关键词： 3N₂)_n(n=1—4)团簇')" href="#">(Ca₃N₂)_n(n=1—4)团簇 密度泛函理论 结构与性质