Mn掺杂的ZnS(001)表面的电子态特性

利用第一性原理计算Mn在ZnS(001)表面上几种掺杂位置的形成能、局域分波态密度和磁矩.对Mn在ZnS(001)表面上的三种位置的形成能进行比较,得到两种填隙位置是非常稳定的掺杂位置.分析ZnS(001):Mn各种再构表面的电子态密度和电荷密度分布.结果表明,三种表面模型中,自旋向上的Mn原子的3d态和近邻S原子的3p态都有一定的杂化,并且替代掺杂的Mn和邻近S原子的p-d杂化最明显,形成的共价键最强.而自旋向下的Mn原子的3d态比较局域,受S原子的3p态影响较小.计算了三种掺杂表面的磁矩,并分析计算结果.     

F原子吸附TiO_2:Mn(001)稀磁半导体薄膜电子结构和磁性的第一性原理计算

利用第一性原理方法计算Mn离子掺杂纯净TiO2(001)和F原子吸附的TiO2(001)薄膜的形成能、态密度和磁矩.F原子吸附明显降低TiO2∶Mn薄膜体系的形成能.F原子的吸附导致Mn离子的磁矩减小,而表面O原子的磁矩增大.表面O原子的磁矩主要来源于O原子p x和p y轨道的自旋极化,研究表明表面吸附F原子更有利于Mn离子的掺杂,在一定程度上有利于获得结构稳定的铁磁态半金属特性的TiO2∶Mn薄膜.     

Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论的第-性原理方法,研究Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性.计算分析不同掺杂组态的几何参数、形成能、磁矩、电子态密度以及电荷密度.结果表明:单个Mn原子掺杂,替位于表面第二层的Zn原子时体系形成能最低,说明该层是最稳定的掺杂位置.对于两个Mn原子的掺杂,当Mn与Mn之间呈反铁磁耦合时体系最稳定.体系的总磁矩和自由Mn原子的磁矩差别很小,但是Mn原子的局域磁矩却依赖于Mn原子的3d态和近邻S原子的3p态的杂化作用,即受周围S原子环境的变化影响较大.此外,分析电荷密度图得出Mn原子替换Zn原子后与S原子形成了更强的共价键.     

Nd(Fe,Si)11Cx化合物的全电子计算(x=0,2)

采用基于第一原理的全势能线性缀加平面波加局域轨道((L)APW lo)方法对Nd(Fe,Si)11Cx化合物(x=0,2)的电子结构进行了计算,得到了化合物态密度和磁矩等信息.计算结果表明NdFe9Si2化合物中Si原子主要与4b和32i位Fe原子产生杂化,导致Fe原子磁矩减小.NdFe9Si2C2化合物C原子使32i位Fe原子磁矩进一步降低,同时减弱了Si原子的影响,使得4b位Fe原子磁矩增大.     

CoAlN(N=2-11)团簇基态结构的稳定性和磁性

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA),对CoAlN(N=2-11)团簇进行构型优化和磁性计算.在考虑自旋多重度的情况下得到了团簇的平衡构型及基态结构,并重点讨论了Co原子的sp-d杂化效应对体系稳定性和磁性的影响.结果表明:N为偶数时,团簇的基态为自旋双重态,Co原子磁矩随N增加整体上呈减小趋势;N为奇数时(除N=5为自旋三重态外),团簇的基态为自旋单重态,Co原子磁矩为零.N≥8时,Co原子陷入主团簇内部,体系的对称性降低,稳定性增强;轨道杂化增强了体系的稳定性,但减小了双重态和三重态体系中Co原子的磁矩;N=3,8,10是团簇CoAlN(N=2.11)的幻数.     

氧、硫掺杂六方氮化硼单层的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论和投影缀加平面波的第一性原理计算方法, 研究了六方氮化硼单层(h-BN)中的氮原子缺陷(V_N)、氧原子取代氮原子(O_N)和硫原子取代氮原子(S_N)时的几何结构、磁性性质和电子结构.研究发现, V_N和O_N体系形变较小, 而S_N体系形变较大; h-BN本身无磁矩, 但具有N缺陷或者掺杂后总磁矩都是1 μ_B; 同时给出了态密度和能带结构.利用掺杂体系的局域对称性和分子轨道理论解释了相关结果, 尤其是杂质能级和磁矩的产生. 关键词： 六方BN单层 第一性原理计算 密度泛函理论 分子轨道理论     

LSDA+U方法研究PuO2电子结构和成键特征

采用LSDA(局域自旋密度近似) U(有效库仑相关能)方法计算研究了PuO2的电子结构和成键特征。计算的平衡体积和半导体带隙分别为0.03875 nm3和0.18 eV,与实验结果符合得很好。能态密度和电子密度的分析表明PuO2并不是纯粹的离子晶体,Pu5f和O2p轨道杂化形成共价键。计算结果有助于理解PuO2晶体中Pu5f电子的关联效应。     

第一原理研究Mn掺杂LiNbO3晶体的磁性和光吸收性质

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Mn掺杂LiNbO₃晶体的结构, 磁性, 电子特性和光吸收特性. 文中计算了Mn占据Li位和Nb位体系的形成焓, 对应的形成焓分别为-8.340 eV/atom和-8.0062 eV/atom, 也就意味着Mn 原子优先占据Li位. 这也就意味着Mn原子占据Li位的掺杂LiNbO₃晶体结构更稳定. 磁性分析的结果显示, 其对应磁矩也比占据Nb位的高. 进一步分析磁性的来源, 自旋态密度结果显示: Mn掺杂LiNbO₃晶体的磁性主要源于掺杂原子Mn, Mn原子携带的磁矩高达 4.3 μ_B, 显示出高自旋结构. 由于Mn-3d与近邻O-2p及次近邻Nb-4d 轨道的杂化作用, 计算表明: 诱导近邻O原子及次近邻Nb原子产生的磁矩对总磁矩的贡献较小. 通过光学吸收谱的分析, 得出在可见光区Li位被Mn原子替代以后显示出更好的光吸收响应相比于Nb位. 本文还分析了O空位对于LiNbO₃晶体磁性与电子性质的影响, 结果显示O空位的存在可以增加Mn掺杂LiNbO₃体系的磁性.     

密度泛函理论研究SinMn (n=2～14)团簇的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对SinMn (n=2～14) 团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算. 结果表明,当n≥10时,Mn原子完全陷入Si原子形成的笼内.二阶能量差分、分裂能和垂直电离势都表明Si5Mn和Si12Mn是稳定的团簇,且12是团簇的幻数.通过对电子性质的分析发现Si12Mn团簇具有较高的化学稳定性.布局数分析表明,在Si5Mn团簇中Mn原子的磁矩(3.923 μB)是最大的.较多的电荷转移以及Mn原子的4s, 3d态和Si原子的3s, 4p态的较强杂化是导致Mn原子磁矩减小的原因.当n≥7时,SinMn 的总磁矩是1 μB.     

Mn掺杂(ZnSe)12团簇物性研究

采用密度泛函理论研究Mn原子单掺杂和双掺杂（ZnSe）₁₂团簇的结构、电子性质和磁性质.考虑三种掺杂方式：替代掺杂,外掺杂和内掺杂.比较掺杂团簇的稳定性.结果表明：无论是单掺杂还是双掺杂,替代掺杂团簇是最稳定结构.在结构优化的基础上对掺杂团簇进行磁性计算.团簇磁矩主要来自Mn原子3d态的贡献,4s和4p态贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Se原子上产生少量自旋.研究发现：内双掺杂团簇是铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值.     

RhnAl(n=1-6)团簇结构和磁性的研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了RhnAl(n=1~6)团簇的结构和磁性。结果表明：Rhn-1Al和Rhn (n=2~7)团簇结构是相似的,结合能随团簇尺寸变化趋势一致,原子间的s,p,d轨道杂化使得RhnAl团簇更加稳定。几乎所有Rh原子都是电子受体,Al-Rh键长越小,Rh原子得电子就越多。团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献,Rh原子的4d轨道磁矩是Rh原子磁矩的主要部分。Al原子失去的电子越多,则其磁矩就相对越小。     

准周期层状铁磁超晶格的实空间重整化群方法

本文用实空间重整化群方法讨论了准周期层状铁磁超晶格的磁自旋波,用Reduce语言推导了decimation变换公式,从而求得了局域格林函数、局域态密度和约化磁矩。发现局域态密度的带宽和约化磁矩与最近邻相互作用J₁、J₂及格点自旋s_a、s_b密切相关。     

Fe掺杂ZnSe团簇结构和磁性质

采用密度泛函理论研究了Fe原子单掺杂和双掺杂(ZnSe)12团簇的结构、电子性质和磁性质.我们考虑了三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.单掺杂时,外掺杂团簇是最稳定结构;而双掺杂时,内掺杂团簇是最稳定结构.团簇磁矩主要来自Fe-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Se原子上也产生少量自旋.不同掺杂团簇的总磁矩不同,在可调磁矩的磁性材料领域有潜在应用价值.     

BaTi2As2O电子结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究BaTi2As2O的能带结构、费米面和态密度.发现:BaTi2As2O是一种非磁性金属,费米能级处的态密度主要来自Ti原子的3d电子,Ti 3d轨道和As 4p轨道有较强的杂化.没有发现其磁性基态,说明Ti原子上没有局域磁矩,与Pickett对Na2Ti2Sb2O的研究结论相吻合.     

V掺杂ZnO团簇的结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnO)12团簇的结构和磁性质。我们考虑了三种掺杂方式：替代掺杂,外掺杂和内掺杂。单掺杂时,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,外掺杂团簇是最稳定结构。团簇磁矩主要来自V-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩。由于轨道杂化,相邻的Zn和O原子上也产生少量自旋。V原子掺杂团簇的总磁矩与掺杂位置有关,说明V掺杂(ZnO)12团簇在可调磁矩的磁性材料领域有潜在应用价值。     

Rh_nAl(n=1～6)团簇结构和磁性的研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了Rh_nAl(n=1～6)团簇的结构和磁性.结果表明:Rh(_n-1)Al和Rh_n(n=2～7)团簇结构是相似的,结合能随团簇尺寸变化趋势一致,原子间的s,p,d轨道杂化使得Rh_nAl团簇更加稳定.几乎所有Rh原子都是电子受体,Al-Rh键长越小.Rh原子得电子就越多.团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献,Rh原子的4d轨道磁矩是Rh原子磁矩的主要部分.Al原子失去的电子越多,则其磁矩就相对越小.     

第一主族元素(Li,Na,K)和第二主族元素(Be,Mg,Ca)掺杂二维六方氮化硼单层的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了第一、第二主族元素取代六方BN单层中的B的几何结构、磁性性质和电子结构.研究发现,掺杂的BN单层出现明显的自旋极化特性.对Li,Na,K而言,掺杂后超胞的总磁矩为2μB,对Mg,Ca而言,超胞的总磁矩为1μB,磁矩主要局域在与杂质原子最近邻的N原子上.而对于Be,超胞的总磁矩为0.705μB,磁矩分散在所有的N原子上.对于6种掺杂情况,给出了相应的自旋密度图.掺杂体系产生明显的杂质能级,给出了总态密度和局域投影态密度等结果,分析了杂质能级的产生.发现Mg和Ca掺杂体系的态密度具有明显的半金属特性.     

Cu(100)表面c(2×2)-N原子结构与吸附行为研究

用密度泛函理论的总能计算研究了金属铜(100)面的表面原子结构以及氮原子的c(2×2)吸附状态.研究结果表明：在Cu(100) c(2×2)-N表面系统中，氮原子处于四度配位的空洞(FFH)位置，距离最表面铜原子层的垂直距离为0.20?，最短的Cu—N键长度为1.83?.结构优化的计算否定了被吸附物导致的表面再构模型，即c(2×2)元胞的两个铜原子在垂直于表面方向发生相对位移，一个铜原子运动到氮原子之上的模型.该吸附表面的功函数约为4.65eV, 氮原子的平均吸附能为4.92 eV(以孤立氮原子为能量参考点).计算结果还说明，Cu—N杂化形成的表面局域态的位置在费米面以下约1.0 eV附近出现，氮原子和第一层以及第二层铜原子均有不同程度的杂化作用.该结果为最近有关该表面的STM图像的争论提供了判据性的第一性原理计算结果. 关键词： Cu(100) c(2×2)-N 表面吸附态 密度泛函总能计算     

V掺杂ZnO团簇的结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnO)_(12)团簇的结构和磁性质.我们考虑了三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.单掺杂时,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,外掺杂团簇是最稳定结构.团簇磁矩主要来自V-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和O原子上也产生少量自旋.V原子掺杂团簇的总磁矩与掺杂位置有关,说明V掺杂(ZnO)_(12)团簇在可调磁矩的磁性材料领域有潜在应用价值.     

掺入Ni~(2+)和V~(3+)对α-Al_2O_3晶体光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量的影响

应用晶体场理论和不可约张量算符方法构造了3d2/3d8态离子在C3v对称晶场中包含自旋-轨道相互作用、自旋-自旋相互作用、自旋-其它轨道相互作用和其它轨道-其它轨道相互作用四种微观磁效应的45阶可完全对角化的能量哈密顿矩阵.利用该矩阵,计算了V3+∶α-Al2O3和Ni2+∶α-Al2O3晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量,研究了掺入两种互补态离子Ni2+和V3+对同种晶体的光谱精细结构、晶体局域结构和零场分裂参量的影响,理论计算值和实验值相符.研究发现:掺杂没有改变晶体的光谱精细结构和能级分裂条数,但改变了能级间距;掺杂也没有改变晶体的对称性,但使晶体局域结构发生了一定程度的畸变;Ni2+∶α-Al2O3晶体局域结构的伸长畸变量大于V3+∶α-Al2O3晶体,键角的变化量小于V3+∶α-Al2O3晶体.