过渡金属氧化物的电子性质以及磁性质的第一性原理研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kenshin578212121
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过渡金属氧化物表现出多种令人感兴趣物理性质,如电荷有序,轨道有序,金属到绝缘体转变等,带来潜在的应用价值,成为固体物理、化学的研究热点。在本论文中,我们通过考虑电子关联作用的Hubbard修正,基于半局部广义梯度近似密度泛函理论的第一性原理计算,从理论计算角度研究四方磷钼酸盐MoOPO4的电子性质、磁性质,以及研究了单斜C2/c相β-V2OPO4中电荷有序现象。此外,通过非共线磁计算探索自旋轨道耦合在上述体系中的效应。首先在MoOPO4中计算结果表明,在有效电子相关校正小于2.0 eV的条件下,Neel型反铁磁耦合是方形晶格平面上的磁性基态。同时,很好地再现了面间铁磁耦合相互作用。从用于拟合四种不同磁性构型总能量的经典海森堡模型中提取计算交换常数表明,反铁磁面内最近邻耦合在Neel构型的稳定中起决定性作用,辅之以铁磁面内次近邻相互作用。此外,我们在此基础上讨论4d电子在磷酸钼中的电子相关和自旋轨道耦合对上述结论的影响。最后在β-V2OPO4中计算结果表明AFM-Ⅱ构型是磁基态,其中所有V2+原子上的自旋磁矩是平行的,所有V3+原子上的自旋磁矩也是平行的,而这两个自旋亚晶格上的磁矩彼此反平行,证明了磁性测量实验结果。不管是否采用电子相关性修正,AFM-Ⅱ构型均是β-V2OPO4的磁性基态。此外,理论结果证实了电子相关性修正在合理地再现β-V2OPO4的电子特性中的重要作用,这些电子特性包括电荷有序,金属-绝缘体转变,自旋取向以及结构扭曲。此外,通过Bader电荷,磁矩,八面体体积差和扭曲指数方面的详细分析探讨了电荷有序现象的指示因子。另外,我们还建立了电荷有序跟电子相关性修正强度之间的相图。
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