自旋-Peierls化合物GeCuO3电子结构的第一性原理研究

采用平面波赝势方法对自旋-Peierls化合物GeCuO₃的电子结构进行了第一性原理研究.计算结果表明：Cu²⁺的3d轨道自由度被冻结,未配对电子填充d_x²-y²轨道.自旋向上和向下的d_x²-y²轨道间的交换劈裂导致了体系的绝缘性.费米能级附近的Cu 3d态与O(2) 2p态存 关键词： 3')" href="#">GeCuO₃ 自旋-Peierls相变 第一性原理计算 共价绝缘体     

梯形化合物NaV2O4F电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法, 通过自旋极化的广义梯度近似(GGA)电子结构计算对梯形化合物NaV2O4F进行了研究. 考虑了四种假想的自旋有序态, 计算结果表明该化合物的磁基态具有二维反铁磁(AFM)结构, 即沿梯阶和梯腿方向都表现为AFM作用. 能带结构显示NaV2O4F为绝缘体材料, 带隙约为1.0 eV. 方锥体中的晶体场劈裂使得VO4F方锥体中的 V4+(3d1)离子的未配对电子填充dxy轨道. 电负性极强的F离子使得梯阶上的共价性减弱,并导致梯阶上的交换作用减弱. 采用Noodleman的对称性破缺方法由Ising模型拟合出的自旋交换耦合常数表明NaV2O4F的梯间还存在强度与梯阶的AFM作用相当的铁磁(FM)相互作用, 说明该梯形化合物很可能不是一种自旋梯材料.     

菱铁矿FeCO3高压相变与性质的第一性原理研究

采用平面波赝势方法对菱铁矿FeCO₃高压下的晶体结构, 电子构型和电子结构进行了第一性原理计算研究. 研究过程中考虑了菱铁矿FeCO₃真实的反铁磁(AFM) 自旋有序态, 模拟静水压环境, 从零压逐步加压到500 GPa. 在40---50 GPa压力范围内, FeCO₃发生了从高自旋(HS) AFM态到低自旋(LS) 非磁性(NM) 态的磁性相变, 伴随着晶胞体积坍塌10.5%. FeCO₃在相变前后均是绝缘体, 但是相变后的LS-NM态的Fe²⁺ 离子的3d电子局域化程度更强, 能隙随着压力的进一步增大而逐步增大, 离化程度更高, 直到500 GPa没有发生金属绝缘体相变.     

内在缺陷与Cu掺杂共存对ZnO电磁光学性质影响的第一性原理研究

采用基于自旋密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了Cu掺杂ZnO (简称Cu_(Zn))与内在缺陷共存对ZnO电磁光性质的影响.结果表明,Cu是以替位受主的形式掺入的;制备条件对Cu_(Zn)及内在缺陷的形成起至关重要的作用,富氧条件下Cu掺杂有利于内在缺陷的形成,且Cu_(Zn)-O_i最易形成;相反在缺氧条件下,Cu掺杂不利于内在缺陷的形成.替位Cu的3d电子在价带顶形成未占据受主能级,产生p导电类型.与Cu_(Zn)体系相比,Cu_(Zn)-V_O体系中载流子浓度降低,导电性变差;Cu_(Zn)-V_(Zn)体系中载流子浓度几乎不变,对导电性没影响;Cu_(Zn)-O_i体系中载流子浓度升高,导电性增强.纯ZnO体系无磁性;而Cu掺杂ZnO体系,与Cu原子相连的O原子,电负性越小,键长越短,对磁矩贡献越大;Cu_(Zn)与Cu_(Zn)-O_i体系中的磁矩主要是Cu的3d电子与Z轴上O的2p电子耦合产生的;Cu_(Zn)中存在空位缺陷(V_O,V_(Zn))时,磁矩主要是Cu 3d电子与XY平面内O的2p电子强烈耦合所致;Cu_(Zn)中存在V_(Zn)时,磁性还包含V_(Zn)周围0(5, 6)号原子2p轨道自旋极化的贡献;所有体系中Zn原子自旋对称,不产生磁性.Cu_(Zn)-V_(Zn)和Cu_(Zn)-O_i缺陷能态中,深能级中产生的诱导态是0-0 2s电子相互作用产生的.Cu_(Zn)模型的光学带隙减小,导致吸收边红移;Cu_(Zn)-V_(Zn)模型中吸收和反射都增强,使得透射率降低.     

Cr掺杂BaTiO3中的高自旋极化半金属态

具有高自旋极化率的半金属材料是一类极具应用前景的自旋电子材料.立方BaCrO3具有非常稳定的半金属性,而四方BaTiO3则是一种多功能绝缘体.因此,本研究采用基于密度泛函的第一性原理方法,探究BaTi1-xCrxO3(x=0,0.125,0.25,0.5,0.75,1)体系中Cr、Ti互掺导致的晶体结构和电子结构的变化.研究表明,Cr离子的掺杂会使体系发生四方相到立方相结构相变;同时,受Cr-Ti轨道杂化的影响,体系存在绝缘态-半金属态转变.此外,Cr掺杂调控了体系的磁性,掺入的Cr离子表现为+4价态,提供2μB的局域磁矩.最后,本文构建了d-p杂化分子轨道模型,基本解释了体系半金属性的产生机制.本研究预测了BaTi1-xCrxO3体系中丰富的物理性质,为其在自旋电子器件方面的应用提供了理论指导.     

BiFeO3中各离子在铁电相变中作用本质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法,对多铁材料BiFeO3的铁电反铁磁相和可能的高温顺电相的电子结构进行了第一性原理研究.计算验证了BiFeO3基态为G型反铁磁有序,Fe离子的理论磁矩与实验值相符.铁电相变发生后,Bi-6s态和6p态发生了电荷转移,Bi-6s电子的作用更加明显.Born有效电荷的研究表明铁电畸变主要表现为Bi原子的位移,并且电极化强度计算值很好地符合薄膜实验结果.部分态密度的计算表明Bi-6p态的成键轨道与反键轨道间的能量劈裂大于其他电子态,使得Bi-6p态与O-2p态的共价作用选择性增强,这是铁电畸变的根本引发机理.Bi-6s电子因静电斥力而发生了极化,且没有参与Bi-6p轨道与O-2p轨道间的杂化,其电荷转移缘于其与O-2s,2p轨道发生了微弱的共价作用,并因此而强化了6s态电子的极化,这种共价作用更利于Bi-O间的相对位移,也是体系强电极化产生的原因.     

MnFe2O4晶体的基态能级和零场分裂参量

由不可约张量理论构成一个3d4/3d6离子三角(C3V)对称的晶体场和自旋-轨道相互作用哈密顿矩阵,由这个晶体场和自旋-轨道相互作用哈密顿矩阵被完全对角化后能够求出MnFe2O4晶体中的Fe2+离子的电子顺磁共振零场分裂参量D和F-a,计算了低自旋态(3L态)对电子顺磁共振零场分裂参量(D,F-a)的贡献.结果显示低自旋3L态对电子顺磁共振的零场分裂参量的贡献是较强的.理论计算的结果与实验值是相符的.     

晶体NiX2(X=Cl,Br,I)的光谱和电子顺磁共振谱研究

在强场耦合图像中,采用双自旋-轨道耦合(SO)参量模型建立了过渡族3d2(3d8)离子的三角对称下全组态光谱能级和电子顺磁共振(EPR)公式.与经典的晶体场理论(仅考虑中心金属离子的自旋-轨道耦合作用)相比较,该公式还包括了配体离子的自旋-轨道耦合作用的贡献,这一模型在应用于计算共价性较强的晶体光谱和电子顺磁共振谱可得到合理的结果.作为验证,用完全对角化方法研究了品体NiX2(X=Cl,Br,I)的光谱和电子顺磁共振谱,结果表明,理论与实验很好地符合.建立的全组态谱能级和电子顺磁共振公式为更精确地计算光谱和电子顺磁共振谱提供了一条可行方法.     

非传统超导PuRhGa_5晶体结构和电子性质的第一性原理研究北大核心CSCD

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.     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN(Ga1-xMnxN,x=0.0625和0.1250)的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性.结果表明:Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大.Mn掺杂GaN均使得N2p与Mn3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强.