BaTi2Bi2O的电子结构与磁性

采用第一性原理方法,对BaTi₂Bi₂O的电子结构和磁性进行计算.非磁性态的计算结果显示:费米能级处的态密度主要来自d_z²,d_x²-y²和d_xy三个轨道,同时费米面也主要有三部分组成,并且将其沿着矢量q₁=(π/a,0,0)和q₂=(0,π/a,0)平移时,第三部分费米面(沿着X-R连线)与第一部分费米面(M-A连线)嵌套明显,计算得出磁化系数χ₀(q)在X点出现峰值,与峰值出现在M点的FeAs基超导体不同.上述磁化率峰值可以诱导产生自旋密度波,使得BaTi₂Bi₂O材料的磁性基态是bi-collinear antiferromagnetism(AF3)与blocked checkerboard antiferromagnetism(AF4)的二度简并态.随着空穴掺杂,χ₀(q)的峰值降低,而电子掺杂则导致峰值变大.当自旋涨落被完全压制时,超导出现,这可以解释为什么超导只出现在空穴掺杂型化合物而非电子掺杂型.     

掺杂MgCNi3超导电性和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发，计算了MgCNi₃的电子能带结构.MgCNi₃中C 2p与Ni 3d轨道杂化使穿梭费米面上的Ni 3d能带表现出平面性，费米面落在态密度范霍夫奇异(vHs)峰的右坡上.vHs峰上大的电子态密度和铁磁相变点附近的自旋涨落是决定MgCNi₃超导电性的重要因素.研究了三种替代式掺杂对其超导电性和磁性的影响，发现电子掺杂使费米能级下滑到态密度较低的位置，导致体系转变为无超导电性的顺磁相；同构等价电子数的金属间化合物的轨道杂化，引起费米面上态密度的减少，降低了超导电性；而空穴掺杂使费米面向vHs峰值方向移动，虽然费米面上电子态密度增大可能提高超导电性，但增强了的Ni原子磁交换作用产生铁磁序，破坏了超导电性. 关键词： 电子结构 超导电性 磁性 掺杂     

潜在超导母体材料LaOMnSe的第一性原理研究

通过第一性原理计算,我们研究了LaOMnSe的结构、电子性质和磁性质．我们发现LaOMnSe在11点附近存在三个类空穴费米面,在M点附近有两个类电子费米面．如果将类空穴费米面平移（π,π,O）,则类空穴费米面就会和类电子费米面在很大程度上重叠,这种费米面嵌套将会导致磁不稳定性和自旋密度波（SI）、V）,和LaOFeAs...     

铁基超导体能隙结构和机理的统一认识

铁基超导体作为除铜氧化物超导体之外的第二类高温超导体,自从被发现以来其超导电性的成因就备受关注。早期有人针对同时具有空穴型费米口袋和电子型费米口袋的铁砷基超导体提出了S~±配对模式,而且得到中子散射和隧道谱实验的初步支持。这一配对模型的基础是需要在布里渊区同时具有空穴型和电子型费米面。但是铁基超导体的费米面因材料而异,新发现的很多铁硒基超导体因缺乏空穴型费米面,对S~±电子配对模型来说是一个挑战。文章综述了过去几年来作者在这方面取得的工作进展。运用高精度的扫描隧道显微镜,在不同铁基超导体系中,针对超导能隙结构,或超导序参量的性质进行了仔细研究。首先作者在铁砷基超导体Na Fe_(1-x)Co_xAs和Ba_(1-x)K_xFe_2As_2中利用无磁性杂质态测量和隧道谱测量,发现S~±的明确证据。进一步,在只有电子型费米面的(Li_(1-x)Fe_x)OHFe Se超导材料中发现两个各向异性的超导能隙,利用准粒子相干散射实验第一次把这两个超导能隙对应到由电子型费米面套叠或杂化后形成的内外两套费米面上。通过非磁性杂质诱导产生的能隙内杂质态和新型电子驻波相位敏感实验的探测,证明该材料中超导能隙符号也发生反转。因此作者的系列工作统一了有和没有空穴型费米面的铁基超导体的能隙形式,支持排斥势是导致电子配对和超导电性产生的关键因素。     

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.     

新型超导材料MgCNi3的电子结构与超导电性研究

用MS-Xα方法研究了非氧化物超导材料MgCNi3的电子结构.研究结果显示,态密度分布曲线的主峰靠近Fermi面,主要来自于Ni的d电子的贡献.用T(T=Co,Mn,Cu)替代MgCNi3中的部分Ni形成化合物MgCNi2T,替代使Ni的价电子数减小,价态发生变化,Fermi面处态密度N(EF)减小.计算结果表明:无论是电子掺杂(Cu)还是空穴掺杂(Co,Mn),MgCNi3的超导电性都被抑制;Mn掺杂比Co掺杂更快地抑制超导电性,Co是作为空穴掺杂而不是作为磁性杂质掺杂去抑制超导.     

新超导体MgCNi3的虚晶掺杂研究

用全势线性缀加平面波方法,考虑局域自旋密度近似研究虚晶掺杂MgCNi₃的超导电性和磁性.计算了自旋极化能带结构、体弹性模量和它对压力的导数、原子磁矩m及其变化率.计算结果表明，对于电子掺杂的Mg_1-xAl_xCNi₃(0≤x≤0.5)，超导电性和磁涨落随掺杂量的增加逐渐减小.空穴掺杂的Mg_1-xNa_xCNi₃,在x＝0.12处出现铁磁相变，超导电性消失.在MgCNi₃少量空穴掺杂区域(0≤x<0.12)，表现为超导与磁涨落共存的不稳定状态. 关键词： 超导电性 能带结构 态密度 磁性     

周期系金属元素和A-15化合物超导转变温度的计算

一、理论方法概述 根据BCS理论,在弱耦合极限下,超导转变温度T_c由下式给出:其中K_B是玻耳兹曼常数,是金属费米面上散射电子的声子平均能量,在德拜近似下,德拜温度为的金属有N(0)是正常金属费米面上单自旋电子的态密度,V是表征费米面附近电子间净相互作用平均强度的参量。     

稀土元素La掺杂β-FeSi2的几何结构和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土元素La掺杂β-FeSi2的几何结构、能带结构、态密度进行了理论计算.几何结构的计算表明:La掺杂后使β-FeSi2的晶格常数a、b、c都变大了,使得晶胞体积也相应增大;La掺杂β-FeSi2的置换位置为FeⅡ位.电子结构的计算表明:能带结构为直接带隙,禁带宽度变窄仅为0.013eV;费米面进入价带,能带数目增多,态密度峰值减小,费米面附近载流子浓度显著增大.这些结果为β-FeSi2光电材料掺杂改性的实验和理论研究提供理论依据.     

稀土La掺杂CrSi_2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第一性原理赝势平面波方法,对稀土La掺杂CrSi2的几何结构,电子结构和光学性质进行了计算与分析.结果表明,La掺杂后,CrSi2的晶格常数a,b和c均增大,晶格体积增大.La掺杂导致费米面进入价带,带隙明显变窄仅为0.07eV;在费米面附近,La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分,而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定;La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69,ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强,光学吸收边向低能方向移动,吸收峰减小.计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.     

稀土La掺杂CrSi2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第一性原理赝势平面波方法, 对稀土La掺杂CrSi2的几何结构, 电子结构和光学性质进行了计算与分析. 结果表明, La掺杂后, CrSi2的晶格常数a, b 和c均增大, 晶格体积增大. La掺杂导致费米面进入价带, 带隙明显变窄仅为0.07eV; 在费米面附近, La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分, 而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定; La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69, ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强, 光学吸收边向低能方向移动, 吸收峰减小. 计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.     

新超导体MgCNi3的虚晶掺杂研究

用全势线性缀加平面波方法,考虑局域自旋密度近似研究虚晶掺杂MgCNi3的超导电性和磁性.计算了自旋极化能带结构、体弹性模量和它对压力的导数、原子磁矩 m 及其变化率.计算结果表明,对于电子掺杂的Mg1-xAlxCNi3(0≤x≤0.5), 超导电性和磁涨落随掺杂量的增加逐渐减小.空穴掺杂的Mg1-xNaxCNi3,在x＝0.12处出现铁磁相变,超导电性消失.在MgCNi3少量空穴掺杂区域(0≤x<0.12),表现为超导与磁涨落共存的不稳定状态.     

手性ABM态p波超导体上临界磁场的角依赖关系

利用格林函数方法,通过Klemm-Clem变换,计算具有正交晶格结构椭球形费米面的手性ABM态p波超导体上临界磁场的角依赖关系.超导序参量选取具有手性ABM对称性的等自旋配对单分量形式.当椭球形费米面满足一定条件时,上临界磁场随角度呈现非单调变化,表明除配对电子有效质量的各向异性外,手性ABM态p波超导体也具有超导序参量的各向异性.计算结果可用于判断重费米子超导体Sr2RuO4的配对电子空间结构.     

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.     

Nb-X(X=Y,Zr)共掺杂SnO_2电子结构的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法研究了Nb-X(X=Y,Zr)共掺杂SnO_2能带结构与态密度,探讨了其磁性产生的机理.研究结果表明,Nb-Y共掺杂SnO_2体系自旋向上和自旋向下的能带、态密度完全对称,总磁矩为0μB;Nb-Zr共掺杂的SnO_2体系自旋向上和自旋向下的能带与态密度在费米能级处都出现了不对称的情况,出现耦合现象,其总磁矩为0.933μB;分析Nb-Y共掺杂SnO_2的能带结构与态密度得到自旋向上和自旋向下的能带禁带中的4条杂质能级来源于Nb-Y共掺杂SnO_2电子的施主与受主能级;NbZr共掺杂SnO_2体系产生磁性的原因在于Nb和Zr的d轨道的引入.     

二维应变作用下超导薄膜LiFeAs的磁性和电子性质

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了二维应变作用下LiFeAs超导薄膜的磁性结构、电子能带和态密度变化,分析了应变对其超导电性的作用.结果显示,对体系施加1%—6%的二维平面张、压应变均不改变其基态条形反铁磁性结构,费米面附近的电子态密度主要来自于Fe-3d轨道电子以及少量的As-4p电子.研究发现,与无应变情形相比,当施加压应变时,体系中Fe离子的反平行的电子自旋局域磁矩减小,薄膜反铁磁性受到抑制,费米面上电子态密度增加,超导电性来自于以反铁磁超交换耦合作用为媒介的空穴型费米面和电子型费米面间嵌套的Cooper电子对.而在张应变作用时,局域反铁磁性增强,费米面上电子态密度减小,金属性减弱,特别是张应变时费米面上空穴型能带消失, Cooper电子对出现概率显著降低,将抑制超导相变.     

电子型最佳掺杂高温超导体Nd1.85Ce0.15CuO4-δ中的磁激发谱

文章作者用非弹性中子散射探测了电子型最佳掺杂高温超导体Nd1.85Ce0.15CuO4-δ(Tc=25K)的磁激发谱.当样品的温度从正常态逐渐降低至超导态时,在以波矢Q=(π,,π0)为中心的区域,系统打开了一个小于4m eV的自旋隙,与此同时,在9.5m eV附近出现了一个"中子-自旋磁共振峰",并且"共振峰"的强度随温度的变化关系类似于超导序参量在超导相变发生时的变化,这一点与以前发现的各种空穴型超导体以及电子型超导体Pr0.88LaCe0.12CuO4中的"共振峰"的性质极为相似.因此可以说明"共振峰"是所有高温超导体的共性,并且对高温超导电性的形成有着非常关键的作用.     

Li(AlxCo1-x)O2晶体中Co3+电子态的变化及对结构演化的影响

研究了应用于锂二次电池正极的新型高能量密度存贮材料Li(AlxCo1-x)O2 (x=01—05)的磁性.发现Al3+的掺杂可导致Co3+中d电子自旋态发生变化，即有部分d电子进入高自旋态.伴随Co3+中电子状态的改变，材料结构演化也发生了相应变化，表现为c/a比增大明显减缓，较好地解释了材料结构对Vegard定律的正偏离.这对材料的微观结构与性能设计具有重要意义. 关键词： 锂电池材料 Li（AlxCo1-x）O2 磁性 自旋态 结构演化     

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.     

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.