非传统超导PuRhGa_5晶体结构和电子性质的第一性原理研究

本文基于第一性原理的局域自旋密度近似(LSDA:Local spin density approximation)及LSDA+U方法报道了Pu基超导体系PuRhGa_5的晶格参数,原子占位和电子性质.LSDA+U方法不仅考虑了Pu-5f电子而且考虑了Rh-4d电子的库伦排斥作用U和Hund交换相关作用J.计算结果表明,PuRhGa_5的铁磁性具有较低能量,且晶格参数和原子占位与相关理论和实验数据吻合较好.对比PuRhGa_5的顺磁性和铁磁性态密度,表明Pu-5f电子具有明显的自旋极化现象和强的自旋-轨道耦合效应.与此同时,Pu-5f电子在费米能级处陡降且具有强定域特点可能是导致PuRhGa_5具有较低临界转变温度Tc的重要原因.此外,费米能级两侧电子的定域特征及耦合关联效应可能是导致PuRhGa_5具有超导性的关键.     

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.     

Ni4PrB的电子结构和磁性能研究

考虑Pr-4f及Ni-3d电子间的库仑作用U和交换作用J,采用局域自旋密度近似LSDA(Local spin-density approximation)及LSDA+U(在位库仑势)近似,对Ni₄PrB化合物进行结构优化,并计算体系电子结构,能带结构和磁性能. 结果显示,Ni₄PrB具备金属半导体性质,存在Pr-Ni铁磁耦合. U的引入对体系磁特性和结构稳定性有关键作用,加U前体系磁性来源为Ni原子磁矩,加U后体系磁性来源为Pr原子,且体系稳定性提高,U值的作用对于修正体系强关联有重要影响,可以合理描述由强关联和自旋排斥引发的排斥效应. 关键词： 密度泛函理论 电子键结构 磁性能 稀土过渡金属间化合物     

Gd2Co2Al电子结构和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域自旋密度近似(LSDA)和LSDA+U(在位库仑能)近似下,采用FPLAPW密度泛函能带计算方法研究了Gd2Co2Al的电子结构和磁性.从平均场近似出发,估算了体系的居里温度,并分析了导致体系居里温度偏低的原因.研究结果显示Gd2Co2Al为金属导体,其强的铁磁性的提供者主要是Gd,且Co的局域铁磁性是不稳定的.基于LSDA近似的计算表明Gd2Co2Al呈现亚铁磁性,因为Co与Gd两者磁矩反平行排列.考虑在位库仑能修正的LSDA+U方法则发现一个适当的在位库仑能(U=3.0eV)使体系从亚铁磁态转变为铁磁态,此时Co原子磁矩基本为零与实验结果更为相符.在位库仑能的变化对Co原子磁矩以及磁性原子的能级分布影响较大,但对Gd的磁性基本无影响.由于体系5d-3d态杂化和在位库仑排斥作用竞争使得Co原子磁矩呈现出波动性的特性.     

利用第一性原理研究Ni掺杂ZnO铁磁性起源

采用基于密度泛函理论和局域密度近似的第一性原理分析了Ni掺杂ZnO磁性质.文中计算了8个不同几何结构的铁磁(FM)和反铁磁耦合能量,结果表明FM耦合更稳定.态密度结果显示Ni 3d 与O 2p发生杂化,导致费米能级附近电子态自旋极化.文中也分析了O空位对Ni掺杂ZnO铁磁性质的影响,O空位通过诱导电子调节FM耦合,从而稳定Ni掺杂ZnO铁磁性质,其强度足以引发室温铁磁性.通过Ni 3d能级耦合具体分析了Ni 掺杂ZnO铁磁性起源.另外,也分析了晶格应变对Ni掺杂ZnO FM耦合的影响. 关键词： 第一性原理 半导体 铁磁性 缺陷     

化合物SmCo5的电子结构、自旋和轨道磁矩及其交换作用分析

用自旋极化的MS-Xα方法研究了稀土-过渡族化合物SmCo5₅的电子态密度、自 旋能级劈裂及原子磁矩.研究结果显示，由于化合物中Sm-Co间的轨道杂化效应，使Sm原子原来的5d00空轨道上占据了少量5d电子.由于Co(3d)-Sm(5d)电子间的直接交换作用，导致了Sm-Co间的磁性交换耦合，这是化合物中形成Sm-Co铁磁性长程序的一个重要原因.在SmCo5_{5化合物中存在6个能级呈现负交换耦合，导致了SmCo55化 关键词： 电子结构 自旋极化 原子磁矩 交换耦合}     

UO2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用局域自旋密度近似 (LSDA)和有效库仑相关能 (U) 方法研究了UO₂的晶格参数、能带结构和光学常数. 计算得到的UO₂晶体的晶格常数为5.40 ?,带隙宽度为1.82 eV,正确预测了UO₂的反铁磁性半导体基态性质. 能带结构和介电函数的分析结果表明,铀的6d电子在晶体场中发生劈裂形成两个能级,与实验结果较为符合.     

单层GaSe表面Fe原子吸附体系电子自旋性质调控

Ⅲ族金属单硫化物因其优越的光电和自旋电子特性而备受关注,实现对其自旋性质的有效调控是发展器件应用的关键.本文采用密度泛函理论系统地研究了GaSe表面Fe原子吸附体系的几何构型及自旋电子特性.Fe/GaSe体系中Fe吸附原子与最近邻Ga,Se原子存在较强的轨道耦合效应,使体系呈现100%自旋极化的半金属性.其自旋极化贡献主要来源于Fe-3d电子的转移及Fe-3d,Se-4p和Ga-4p轨道杂化效应.对于Fe双原子吸附体系,两Fe原子之间的自旋局域导致原本从Fe转移至GaSe的自旋极化电荷量减少,从而费米能级附近的单自旋通道转变为双自旋通道,费米能级处的自旋极化率转变为0.研究结果揭示了Fe_n/GaSe吸附体系自旋极化特性的形成和转变机制,可为未来二维自旋纳米器件的设计与构建提供参考.     

Ni4NdB电子结构和磁性能第一性原理研究

采用第一性原理,在局域自旋密度近似LSDA及LSDA+U近似,对Ni₄NdB化合物进行结构优化,计算体系晶格常数,电子结构和磁性能.结果表明,Ni₄NdB为带隙很小的金属导体,存在Nd-Ni铁磁耦合,体系总磁矩由Nd原子局域磁矩提供.体系原子成键较为复杂,Nd原子与近邻Ni原子成金属键,Nd原子与近邻B原子成较强离子键,Ni原子与近邻Ni原子间存在间接交换相互作用.在U作用下,体系磁矩与Nd原子磁矩变化一致,Ni原子磁矩在2.75 eV呈现磁有序-磁有序崩溃转变 关键词： 密度泛函理论 电子结构 磁性能 稀土过渡金属间化合物     

应力下MnGa合金体电子性质及磁性质的研究

采用密度泛函理论方法系统研究分析了四方结构MnGa合金体在a轴1GPa应力下的结构、形成、电子性质和磁性质.结果表明,应力下MnGa合金a, b轴晶格参数增大,c轴晶格参数减小,三轴夹角有偏离90°的趋势,晶胞体积增大. Mn-Ga不成键,Mn-Mn之间的强键作用进一步增强,Ga-Ga之间的强键作用消失. Mn-Mn结合键长和Ga-Ga结合键长均减小,而Mn-Ga间距增大,排斥作用减弱.应力下MnGa合金形成焓由-4.85 eV减小到-5.4 eV,其更容易生成.应力下其能带整体向下移动,导带和浅能级价带分布较宽,有效质量较小;深能级价带分布较窄,有效质量较大.自旋向下的电子能带没有带隙,自旋向上的电子能带有0.26 eV的间接带隙. s电子和p电子主要形成导带和浅能级价带,自旋极化较弱,d电子主要形成深能级价带,定域性和自旋极化最强.两种占位的Ga具有近乎相同的电子形态,Ga的s电子和Ga的p电子产生较明显的自旋极化,形成弱的磁性,Ga的d电子主要贡献深能级处的态密度,基本不贡献磁性质.两种占位的Mn主要贡献费米能处的态密度,Mn的d电子自旋极化最强,在费米能级下方Mn1自旋向下的电...     

Mg2Si:Fe 电子结构及磁性的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了Mg_2Si:Fe体系的电子能带结构、态密度和磁性.结果表明:掺入的Fe原子优先占据晶格中的空隙位,也可能代替晶格中的Mg位.从能带结构和态密度可以看出,当Fe原子位于晶格中空隙位时,系统显示出金属性;当Fe占据Mg位置时,对于自旋向上电子态,体系有一带隙存在,系统呈现明显的半导体特性;对于自旋向下电子态,Fe的替位掺杂在该体系内引入新的杂质能级,杂质能级与导带价带分离,且100%自旋极化.两种位置的杂质,上自旋电子和下自旋电子的态密度均明显不对称,诱导出铁磁性,且铁磁性主要由于Fe的3d态电子诱导产生.Fe位于空隙位时,Fe原子的磁矩为1.69μB;Fe占据Mg位时,Fe原子的磁矩为1.38μB,说明原子磁矩与其所占位置和配位情况有关.     

Ni13Pr3B2电子结构和磁性能第一性原理研

考虑电子自旋极化作用,本研究基于第一性原理的全电子投影缀加平面波赝势法理论,采用局域自旋密度近似LSDA,对Ni13Pr3B2金属间化合物进行结构优化,计算体系晶格常数,电子结构和磁性能。结果表明,Ni13 Pr 3B2为带隙很小的金属导体。LSDA近似下体系原子间存在复杂作用类型,Pr原子与近邻Ni、B原子以离子键作用为主,Ni原子与近邻Ni原子间表现共价作用情形。体系存在Pr -Ni铁磁耦合,总磁矩约2.80212μB,主要由Pr原子磁矩提供,自旋极化引起体系Pr-4f、Ni-3p、Pr-5p电子自旋劈裂为体系表现磁性的根本原因。     

SrRuO_3的电子结构与磁性研究

用自洽的全势能线性丸盒轨道能带方法计算了氧化物体系SrRuO3(SRO)的电子结构和磁性 .对于理想的立方钙钛矿结构的计算得出的电子结构明显改善了已有的计算结果 :每个元胞的磁矩为 1 2 9μB ,按原子球划分为 0 84μB Ru原子和 0 11μB O原子 ;Sr原子上的自旋磁矩几乎为零 ;费米能级处的态密度N(EF)为 4 3 5 (states Ryd f.u .) .关于实际的正交结构SRO ,计算得出磁矩为 1 0 8μB f.u .的铁磁性基态 ,费米能级处的态密度N(EF)为 61 0(states Ryd f.u .) ,电子线性比热系数γ为 10 60mJ mol·K2 .结果说明SRO是一宽能带的巡游铁磁性体系 .     

Gd2Co2Al电子结构和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发，在局域自旋密度近似(LSDA)和LSDA+U(在位库仑能)近似下，采用FPLAPW密度泛函能带计算方法研究了Gd₂Co₂Al的电子结构和磁性. 从平均场近似出发，估算了体系的居里温度，并分析了导致体系居里温度偏低的原因.研究结果显示Gd₂Co₂Al为金属导体，其强的铁磁性的提供者主要是Gd，且Co的局域铁磁性是不稳定的. 基于LSDA近似的计算表明Gd₂Co₂关键词： 稀土过渡族金属间化合物 密度泛函理论 电子结构 磁性性质     

Ni5Nd2B4的电子结构和磁性能研究

采用LSDA（Local spin-density approximation）近似及LSDA+U（在位库伦势）近似模拟金属间化合物Ni5Nd2B4的磁性能对于R-M-B合金特性的研究具有重要意义。研究结果显示,LSDA近似下,Ni5Nd2B4具备金属导体性质,晶体结构中最紧邻Ni、B原子间杂化成键,最紧邻Ni-Ni共价成键,Nd、B原子形成成键分子轨道作用,Ni原子间存在自旋消弱现象;LSDA+U近似下,Nd原子磁矩提供体系磁性来源,由于自旋排斥作用Ni原子电子与Nd原子电子自旋方向相反,体系在U值约为6.35eV的作用下能较理想的处理体系电子作用。     

Ni5Nd2B4的电子结构和磁性能研究

采用LSDA（Local spin-density approximation）近似及LSDA+U（在位库伦势）近似模拟金属间化合物Ni5Nd2B4的磁性能对于R-M-B合金特性的研究具有重要意义。研究结果显示,LSDA近似下,Ni5Nd2B4具备金属导体性质,晶体结构中最紧邻Ni、B原子间杂化成键,最紧邻Ni-Ni共价成键,Nd、B原子形成成键分子轨道作用,Ni原子间存在自旋消弱现象;LSDA+U近似下,Nd原子磁矩提供体系磁性来源,由于自旋排斥作用Ni原子电子与Nd原子电子自旋方向相反,体系在U值约为6.35eV的作用下能较理想的处理体系电子作用。     

LSDA+U方法对富勒烯内掺稀土原子的结构和电子结构的理论研究

在密度泛函理论框架下的局域密度近似方法 (LDA)能够准确地给出广延态电子体系的基态电子结构 ,是研究复杂体系的电子结构的一种非常成功的方法。由于这种方法不含参数 ,被广泛地用于微观体系的研究。但是 ,在处理的体系中含有局域电子时 ,由于方法的局限 ,给出的结果与光电子谱等试验结果符合得并不好。LSDA +U方法是在局域自旋密度近似的框架下 ,结合模型哈密顿方法 ,对局域电子采用哈伯德模型描述 ,用以改进局域密度近似计算的一种方法。本文利用局域密度近似下的离散变分团簇方法 (DVM )对于内嵌稀土原子的富勒烯Er2 @C82 、Tm @C82 的电子结构进行了第一性原理的计算。对于体系中所含的稀土原子存在强关联的 4f电子 ,在LDA方法计算的基础上 ,考虑 4f电子在位库仑作用 ,用LSDA +U方法研究了上述体系 ,得到了可以和XPS和吸收谱相比较的结果。     

重费米子超导PuMGa5(M=Co,Rh)结构、电子和热力学性质的第一性原理研究

基于第一性原理的PBEsol+U方法研究PuCoGa₅和PuRhGa₅的晶体结构、弹性、电子性质、声子谱以及热力学性质。PBEsol+U方法考虑Pu-5f的库伦排斥作用U和Hund交换相关作用J。计算结果表明,PuCoGa₅和PuRhGa₅在PBEsol+U方法下的基态性质（包括晶格参数和原子占位）与实验数据吻合较好,且力学判据和声子谱均表明在零温和零压条件下PuCoGa₅和PuRhGa₅的基态结构是稳定的;特别地,PuRhGa₅的5f电子在费米能级附近的定域性明显强于PuCoGa₅,这可能是PuCoGa₅的超导临界转变温度高于PuRhGa₅的重要原因。此外,还研究了PuCoGa₅与PuRhGa₅的赫姆霍兹自由能、熵、内能和等容摩尔热容随温度的变化。     

稀土元素Gd掺杂BiFeO3的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的局域自旋密度近似加U法（LSDA+U:Hubbard参数）计算了多铁材料BiFeO3铁电相以及稀土元素Gd掺杂BiFeO3材料的能带结构、态密度（DOS）、原子轨道占据数和净电荷分布等,对稀土元素Gd掺杂BiFeO3可能引起的电子结构、介电常数和铁磁性的改变进行了第一性原理研究。计算结果表明：Gd掺杂对材料钙钛矿结构影响不大,BiFeO3铁电性主要来源于Fe原子3d轨道和O原子2p轨道杂化;掺杂Gd后材料中的Fe原子和O原子的共价性减弱,Bi原子和O原子的离子性增强,禁带宽度变窄,绝缘性减弱,铁磁性明显增强;计算得到的光学性质表明材料的静态介电常数有所增加。     

稀土元素Gd掺杂BiFeO3的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的局域自旋密度近似加U法（LSDA+U:Hubbard参数）计算了多铁材料BiFeO3铁电相以及稀土元素Gd掺杂BiFeO3材料的能带结构、态密度（DOS）、原子轨道占据数和净电荷分布等,对稀土元素Gd掺杂BiFeO3可能引起的电子结构、介电常数和铁磁性的改变进行了第一性原理研究。计算结果表明：Gd掺杂对材料钙钛矿结构影响不大,BiFeO3铁电性主要来源于Fe原子3d轨道和O原子2p轨道杂化;掺杂Gd后材料中的Fe原子和O原子的共价性减弱,Bi原子和O原子的离子性增强,禁带宽度变窄,绝缘性减弱,铁磁性明显增强;计算得到的光学性质表明材料的静态介电常数有所增加。