含铁氟化物电荷有序、磁有序的第一性原理研究

发布时间：2020-07-01 15:57

【摘要】：计算材料学因为它具有实验无可比拟的优势,引起了越来越多研究者的广泛兴趣。第一性原理计算已经被用来预测材料和设计材料的物理性质。本文采用VASP软件包来研究强关联体系的过渡金属氟化物K_4Fe_3F_(12)和CsFe_2F_6的一些性质。同时还研究了InFeO_3的高压钙钛矿相的结构演变,电子和磁性,并着重讨论LiNbO_3型InFeO_3的多铁性。通过第一性原理计算K_4Fe_3F_(12)的结构、电子和磁性性质。K_4Fe_3F_(12)是层状类钙钛矿结构,是一种新的电荷有序的铁氟化物材料。我们的结果证实,K_4Fe_3F_(12)是一种Mott-Hubbard绝缘体,并采用Fe~(2+)和Fe~(3+)自旋以彼此近似反平行的方式排列的磁基态,这与实验观察结果一致。Fe~(2+)和Fe~(3+)阳离子的dz~2轨道占据之间的差异,证明了电荷有序。此外,dz~2轨道的独特占据决定了反铁磁自旋有序和电荷有序的稳定性。通过密度泛函理论,用VASP程序的GGA+U方法探索电荷有序氟化铁材料CsFe~(2+)Fe~(3+)F_6的结构、电子和磁性能。该材料呈现与烧绿石相关的三维结构,由角共享的Fe~(2+)F_6和Fe~(3+)F_6八面体组成。我们的研究结果证实,CsFe_2F_6是Mott-Hubbard绝缘体,并且具有磁性失挫基态,其中局域的3d电子在同价态Fe离子间(沿着b轴的Fe~(3+)-Fe~(3+)和沿着a轴的Fe~(2+)-Fe~(2+))是反铁磁耦合,而不同价态Fe离子之间(沿c轴的Fe~(3+)-Fe~(2+))的相互作用受到抑制,与Goodenough-Kanamori超交换相互作用一致。电荷在Fe~(3+)和Fe~(2+)阳离子3d轨道的占据差异证明了存在电荷有序。此外,CsFe_2F_6中自旋有序和自旋轨道耦合效应对电荷有序和优先占据轨道没有太大影响。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O611.2
【图文】：

(左)1911年Onnes发现的Hg的电阻消失与超导电性，(右)超导体转变温度与高温超导的发现

图1-1层状钙钛矿锰氧化物La0.5Sr1.5MnO4中的电荷有序、轨道有序示意图

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本文编号：2736973