錳基雙鈣鈦礦化合物的第一性原理計(jì)算研究.pdf

1、自上世紀(jì)60年代起建立的密度泛函理論包括隨后出現(xiàn)的Kohn-Sham方程,已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域中的有力工具。而基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,則是計(jì)算材料科學(xué)的重要基礎(chǔ)和核心技術(shù)。近年來,由于大型、高速電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,第一性原理在計(jì)算和設(shè)計(jì)材料方面的優(yōu)越性顯得越來越突出,運(yùn)用變得越來越廣泛。
　　 鈣鈦礦氧化物材料的研究一直是磁性材料研究中的重要領(lǐng)域之一。而在鈣鈦礦氧化物中,雙鈣鈦礦La2NiMnO6和La2CoM

2、nO6(本文分別簡寫為LNMO和LCMO)是居里溫度接近室溫的鐵磁性半導(dǎo)體材料,在理論和實(shí)驗(yàn)中具有重要的價(jià)值,一直引起科學(xué)工作者的關(guān)注,并已經(jīng)有許多研究報(bào)道,但是依然有一些有價(jià)值的問題值得我們更進(jìn)一步仔細(xì)研究。比如,本論文的工作中,我們通過對A位離子(La位)摻入一定量替代原子Ba,Sr,Ca,發(fā)現(xiàn)其磁性質(zhì)會發(fā)生變化,從磁性鐵磁半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成了鐵磁半金屬。
　　 為了仔細(xì)了解摻雜La位原子對晶體結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)的影響,本文首先運(yùn)用第一

3、性原理計(jì)算方法研究了LNMO和LCMO的電子結(jié)構(gòu),從分析了它們的電子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和磁性質(zhì)等,然后重點(diǎn)討論了La位摻雜對這兩類材料的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)的影響。主要工作有以下幾個方面:
　　 1,用第一性原理計(jì)算研究了LNMO和LCMO的結(jié)構(gòu)性質(zhì),電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)。
　　 我們的計(jì)算結(jié)果顯示LNMO和LCMO的單斜相P21/n應(yīng)當(dāng)是鐵磁絕緣體,這和實(shí)驗(yàn)的報(bào)道是吻合的,顯示了我們計(jì)算結(jié)果的可靠性。我們發(fā)現(xiàn)對于LNMO,GGA計(jì)算可以

4、得到與實(shí)驗(yàn)相符的結(jié)果,計(jì)算出的總磁矩為5μ,其中Ni原子和Mn原子的磁矩分別為1.47μB和2.65μB。對于LCMO,GGA的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符,LDA+U計(jì)算可以得到與實(shí)驗(yàn)相符的結(jié)果。計(jì)算得到LCMO的總磁矩為6μ,Co原子和Mn原子的磁矩分別為2.63μB和3.16μ,這表明LCMO的磁性質(zhì)受內(nèi)部電子關(guān)聯(lián)的影響較大。我們還進(jìn)一步分析了這兩類材料的內(nèi)部的化學(xué)成鍵特點(diǎn)和價(jià)態(tài),對于LNMO通過對電子結(jié)構(gòu)的分析判斷出Ni原子的價(jià)態(tài)為+2價(jià)

5、,Mn原子的價(jià)態(tài)為+4價(jià),而對于LCMO則得到Co原子的價(jià)態(tài)為+2價(jià),Mn原子的價(jià)態(tài)為+3價(jià)。這些結(jié)果有助于進(jìn)一步理解這些材料的性質(zhì)。
　　 2,討論了La位原子不同程度的摻雜對LNMO和LCMO的單斜相P21/n結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)的影響,并對通過計(jì)算得到的化合物的電子結(jié)構(gòu)的分析解釋了磁性變化的原因。
　　 我們計(jì)算發(fā)現(xiàn)對于LNMO,對于La位原子的25％,50％,75％的Sr摻雜,都會出現(xiàn)半金屬特性,但是對于LCMO,只有2