畸形钙钛矿DyMnO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的广义梯度近似对畸形钙钛矿DyMnO₃的基态电子结构及光学性质进行计算和分析.结果表明优化的晶体结构参数与实验结果相符合,DyMnO₃具有非间接带隙大小为0.91 eV的能带结构,结合态密度分析了各元素价电子态的分布.计算分析包括介电常数,吸收系数,反射率等光学性质.     

ReSi1.75电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理全势线性缀加平面波方法和局域密度近似(LDA)，对ReSi_1.75的基态晶格属性进行了研究. 结构优化的结果表明，ReSi_1.75的基态平衡晶格常数比实验值小约0.6%. 在LDA计算基础上，考虑局域的Re的d电子库仑作用，用LDA+U方法计算了ReSi_1.75的电子结构，发现当U_eff=U-J=4.4eV时，能带结构呈半导体性质. 具有0.12eV 关键词： 1.75')" href="#">ReSi_1.75 局域密度近似 自相互修正作用 电子结构     

多铁材料HoMnO3中光学吸收和畸变驱动的第一性原理研究

六角钙钛矿结构锰氧化物HoMnO₃磁电效应的研究近年来已成为多铁性材料研究中极其重要的一个方面. 本文基于广义梯度近似下的密度泛函理论, 考虑电子自旋的非共线磁性结构, 计算研究了 d电子在位库仑作用和自旋-轨道耦合作用对HoMnO₃的电子结构、 轨道杂化和能态密度分布的影响. 结果显示, 当考虑在位库仑排斥势U作用时, 强烈的Ho 5d与O(3, 4) 2p以及Mn 3d与O(1, 2) 2p间的轨道杂化是驱动HoMnO₃发生铁电畸变的根源, 此时能隙和能带的分布为解释实验中发现的强烈的光学吸收峰提供了理论依据, 而自旋-轨道耦合使得Mn 3d-O(3, 4) 2p在 ab平面内的轨道交迭略有增强, 平面内部分能带简并消除, HoMnO₃材料呈现典型的间接性能隙绝缘体特征. 关键词： 磁电效应 铁电畸变 态密度 光学吸收     

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.     

后钙钛矿CaRhO3的电子结构和磁学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的投影平面波方法,对后钙钛矿结构(Ppv)的CaRhO₃的电子结构和磁学性质进行了研究.广义梯度(GGA)近似下的计算表明,Ppv-CaRhO₃的基态为铁磁性半金属,Rh⁴⁺离子的磁矩大小为0.57μ_B,具有低自旋态构型;而考虑在位库仑作用修正的GGA+U计算,得到了与实验结果相符的反铁磁绝缘体基态,表明后钙钛矿结构中4d电子之间的关联效应对体 关键词： 电子结构 磁学性质 金属绝缘体转变     

阻挫三角反铁磁AgCrO2螺旋自旋序的第一性原理研究

基于密度泛函理论的广义梯度近似(GGA)和投影缀加波(PAW)方法,分别从共线和非共线磁性结构出发,研究了自旋阻挫三角反铁磁AgCrO₂的基态、磁性以及电子结构,从理论计算的角度给出了基态磁性结构.计算结果表明:AgCrO₂具有120°螺旋自旋序反铁磁基态,其自旋螺旋面平行于(110)面或(11^-0)面;由于Cr离子间的自旋几何阻挫,导致沿晶体的a,b和a+b方向上均形成了螺旋自旋转动角为120°的 关键词： 第一性原理 交换相互作用 阻挫 反铁磁     

H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究

α-Fe₂O₃是一种重要的磁性半导体材料, 在电子器件中应用广泛, 具有重要的研究意义. 本文基于密度泛函理论, 采用GGA+U方法, 应用第一性原理对间隙H掺杂前后的六方相α-Fe₂O₃的晶格常数、态密度、Bader 电荷分布进行了计算分析. 研究了U值对结果的影响, 发现U=6 eV时, 体相α-Fe₂O₃的晶胞平衡体积、Fe原子磁矩、带隙值与实验值最符合. 在选取合适U值后, 第一性原理计算结果表明, H掺杂后, 间隙H部分被氧化, 其最近邻的Fe 和O部分被还原, H和O有一定程度的成键. 在费米面附近, 出现了新的杂化能级, 杂化能级扩展了价带顶的宽度, 同时导带底下移, 引起带隙减小, 表明H掺杂是一种有效的能带结构调控方法.     

非传统超导PuCoGa5晶体结构和电子性质的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法（FLAPW）,采用局域自旋密度近似（LSDA）及LSDA+U方法报道了Pu基超导体系PuCoGa₅的晶格参数,原子占位和电子性质.LSDA+U方法不仅考虑Pu-5f而且考虑了Co-3d的库伦排斥作用U和Hund交换相关作用J.结果表明LSDA+U在同时考虑Pu和Co的强关联作用时晶格参数和原子占位与相关理论和实验数据吻合较好,特别是PuCoGa₅中Pu-5f的强定域特征尤其是自旋向下的电子.此外,Pu-5f与Co-3d电子的轨道杂化明显强于Ga-4p电子.     

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     

合金团簇(FeCr)n中的非共线磁序和自旋轨道耦合效应

利用密度泛函理论对合金团簇(FeCr)_n (n≤6)的几何结构、稳定性和磁性进行了系统的研究. 研究结果表明, 对n≤3的合金团簇, 其基态具有共线的反铁磁序; 而对于n≥4 的合金团簇, 其基态具有非共线磁序, 因此在n=4时体系发生了共线磁序向非共线磁序的“相变”. 此外, 虽然3d过渡金属原子中电子的自旋轨道耦合效应比较弱, 但计算结果表明对于某些小尺寸的合金团簇其轨道磁矩不能忽略. 对非共线磁性团簇的成键性质以及产生磁序“相变”的物理起源进行了详细讨论. 关键词： n合金团簇')" href="#">(FeCr)_n合金团簇 密度泛函理论 非共线磁序 自旋轨道耦合效应     

Electronic structure and magnetic properties of rare-earth perovskite gallates from first principles

The density functional calculation is performed for centrosymmetric(La–Pm) GaO_3 rare earth gallates, using a full potential linear augmented plane wave method with the LSDA and LSDA+U exchange correlation to treat highly correlated electrons due to the very localized 4f orbitals of rare earth elements, and explore the influence of U = 0.478 Ry on the magnetic phase stability and the densities of states. LSDA+U calculation shows that the ferromagnetic(FM) state of RGaO_3 is energetically more favorable than the anti-ferromagnetic(AFM) one, except for LaGaO_3 where the NM state is the lowest in energy. The energy band gaps of RGaO_3 are found to be in the range of 3.8–4.0 eV, indicating the semiconductor character with a large gap.     

强关联效应下非磁性元素Ir掺杂的SmFeAsO电子结构理论研究

基于密度泛函理论, 采用广义梯度近似方法 (SGGA+U) 计算分析了SmOFeAs电子结构以及 Ir 掺杂对该体系晶体结构和电子结构的影响. 结果表明, 随着Ir的掺杂, SmOFeAs晶体结构中FeAs层与SmO层之间的耦合增强, 晶体内部所含的铁砷四面体随着Ir掺杂其畸变性程度逐步减小. Fe3d以及As4p杂化轨道对体系电子结构起主要影响作用. Ir掺杂所引入的电子使FeAs层的巡游电子增多、Fe3d轨道中的 d_z2轨道离域性增强. 当Ir掺杂量为20%时, 费米面处于电子态密度峰值附近, 费米面急剧变化使该体系的T_c值有所增高, 反映了体系费米能级移动与其超导电性的密切关联性. 计算的电子态密度与XPS所得价带谱实验结果一致, 进一步验证了采用SGGA+U方法其包含修正d轨道局域电子的库仑势, 使得计算结果与实验结果更加接近. 关键词： U')" href="#">GGA+U SmOFeAs 晶体结构 电子结构     

Tuning the magnetic and electronic properties of strontium titanate by carbon doping

The magnetic and electronic properties of strontium titanate with different carbon dopant configurations are explored using first-principles calculations with a generalized gradient approximation (GGA) and the GGA+U approach. Our results show that the structural stability, electronic properties and magnetic properties of C-doped SrTiO₃ strongly depend on the distance between carbon dopants. In both GGA and GGA+U calculations, the doping structure is mostly stable with a nonmagnetic feature when the carbon dopants are nearest neighbors, which can be ascribed to the formation of a C–C dimer pair accompanied by stronger C–C and weaker C–Ti hybridizations as the C–C distance becomes smaller. As the C–C distance increases, C-doped SrTiO₃ changes from an n-type nonmagnetic metal to ferromagnetic/antiferromagnetic half-metal and to an antiferromagnetic/ferromagnetic semiconductor in GGA calculations, while it changes from a nonmagnetic semiconductor to ferromagnetic half-metal and to an antiferromagnetic semiconductor using the GGA+U method. Our work demonstrates the possibility of tailoring the magnetic and electronic properties of C-doped SrTiO₃, which might provide some guidance to extend the applications of strontium titanate as a magnetic or optoelectronic material.     

Optoelectronic and thermoelectric properties of Zintl YLi3X2(X=Sb,Bi) compounds through modified Becke—Johnson potential

In the present work, we investigate the structural, optoelectronic and thermoelectric properties of the YLi₃X₂(X=Sb, Bi) compounds using the full potential augmented plane wave plus local orbital (FP-APW+lo) method. The exchange-correlation potential is treated with the generalized gradient approximation/local density approximation (GGA/LDA) and with the modified Becke-Johnson potential (TB-mBJ) in order to improve the electronic band structure calculations. In addition, the estimated ground state properties such as the lattice constants, external parameters, and bulk moduli agree well with the available experimental data. Our band structure calculations with GGA and LDA predict that both compounds have semimetallic behaviors. However, the band structure calculations with the GGA/TB-mBJ approximation indicate that the ground state of the YLi₃Sb₂ compound is semiconducting and has an estimated indirect band gap (Γ-L) of about 0.036 eV while the ground state of YLi₃Bi₂ compound is semimetallic. Conversely the LDA/TB-mBJ calculations indicate that both compounds exhibit semiconducting characters and have an indirect band gap (Γ-L) of about 0.15 eV and 0.081 eV for YLi₃Sb and YLi₃Bi₂ respectively. Additionally, the optical properties reveal strong responses of the herein materials in the energy range between the IR and extreme UV regions. Thermoelectric properties such as thermal conductivity, electrical conductivity, Seebeck coefficient, and thermo power factors are also calculated.     

稀土掺杂对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的理论研究

尖晶石型铁氧体是十分重要的磁性材料之一, 具有独特的物理性质、化学特性、磁学特性和电子特性. 其中尖晶石型钴铁氧体具有较好的电磁性质而被广泛应用. 本文基于密度泛函理论(DFT) 的第一性原理平面波赝势法, 结合广义梯度近似(GGA+U), 研究了CoRE_0.125Fe_1.875O₄ (RE = Nd, Eu, Gd)体系的电子结构和磁性能. 结果表明随着稀土元素从Nd到Gd掺杂体系晶胞的晶格常数呈递减趋势. 磁性能依赖于稀土离子(RE³⁺)4f轨道未配对的电子数, 掺杂Eu和Gd能够提高钴铁氧体体系的磁矩, 主要因为它们3+价态离子具有较多未配对的4f电子, 因而对磁性能的影响较大. 然而Nd 的掺杂对体系磁性能的影响很小, 这是由于它的离子半径较大, 导致晶格发生畸变.     

阻挫三角反铁磁YMnO3电子结构和磁性研究

基于广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论,从非共轴的磁性结构出发,运用第一性计算得到了自旋阻挫反铁磁YMnO3的电子结构和磁性.考虑在位库仑势作用(U),研究了d电子关联作用对电子结构、能隙、和磁性的作用.计算得到,由于电子强关联和自旋阻挫的作用,Mn3d和O2p的电子态密度分布发生很大变化,费米面附近的基态能隙变大,Mn3d和O2p态电子杂化减弱,Mn离子的磁矩增加到3.92μB.我们的结果比局域化自旋密度近似LSDA计算结果更好地符合于实验测量值.     

First-principles study of electronic structure and magnetic properties of Sr3Fe2O5 oxide

We investigate the electronic structure and magnetic properties of layered compound Sr₃Fe₂O₅ based on first-principles calculations in the framework of density functional theory with GGA+U method. Under high pressure, the ladder-type layered structure of Sr₃Fe₂O₅ is transformed into the infinite layered structure accompanied by a transition from G-type anti-ferromagnetic (AFM) insulator to ferromagnetic (FM) metal and a spin transition from S=2 to S=1. We reproduce these transformations in our calculations and give a clear physical interpretation.