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
发布时间：2021-06-27 12:15
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...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自旋1/2J1-J2方格磁体及其上放置的模型化合物的基态相图[5]
第1章绪论-3-数据进行重新分析，给出了更大的J2/J1比值[6]。磁失挫来自于理论上提出的许多异常现象（自旋液体基态，强磁场中超固相的形成等）。理论上的预测需要适当的失挫材料的实验。在无机化学中寻找相应的化合物已经进行了长时间的探索，而低维自旋系统是固态物理学中积极研究的课题之一，它有可能观察到许多量子现象并在相对简单的模型（例如针对不同晶格类型的Ising或Heisenberg模型）中解释这些现象[4-6]。1.1.2电荷-自旋-轨道有序电荷有序(ChargeOrdering)是指具有不同氧化态的金属离子在晶格中的有序排列，它是在混合价态的化合物体系中普遍存在的一种现象。事实上，电荷有序是一种比较特殊的电子局域化形式，即实空间有序的局域化，由于这种局域化，使得具有电荷有序的体系一般表现为具有带隙的绝缘体[5]。在1955年，Wollan和Koehler在锰氧化物中同样也发现电荷有序现象。1998年，Mori等人在La1-xCaxMnO3体系中，通过高分辨电子显微镜研究发现体系在低温下呈现Mn4+O6条纹和Mn3+O6条纹的有序排列，证明该体系在低温下存在电荷有序现象[7]，如图1-2所示。图1-2层状钙钛矿锰氧化物La0.5Sr1.5MnO4中的电荷有序、轨道有序示意图具有电荷有序或者自旋有序的体系，有时还可能出现轨道有序。Goodenough最早给出了轨道有序的概念[4]，它成功地解释了掺杂的锰氧化物中的磁性有序现象。另外，在具有轨道有序的化合物中，轨道的形状和方向与电子的杂交和交换密切相关，有序轨道的出现通常伴随着晶格的协同效应，从而导致变化[7]。
第1章绪论-5-光学和电学性质对于各种技术应用都是令人关注的。二氧化钒在其相变期间的光学特性突然变化，再加上适当的干涉仪效应，使其适用于多种光电应用。它可以用作写入和存储光学信息的存储介质，也可以用于折射率可变的受控反射镜，也可以用作红外检测器。此外，基于钒氧化物的电铬现象，可将其用于高速光学显示器[7]。Mott-Hubbard模型(如图1-3所示)[10-11]。图1-3Mott-Hubbard绝缘体[10]1.2几种常见的磁耦合作用1.2.1磁性的基础知识磁性是电子非零自旋所造成的直接结果。在反磁性材料中,每个电子态独由两个电子所占据,一个向上自旋,另一个向下自旋,该情形如图1-4(a)中对周期性材料的示意性描述。然而,在磁性材料中,存在着只含有一个电子的电子态。当存在未配对电子时，它们可以形成多种有序化方式，而每一种有序化方式都定义了一个不同的磁性状态[12]。如图中1-4(b)和(c)所示，是两个非常常见的磁性状态,分别是反铁磁态(其中相邻原子的电子自旋方向交替变化)以及铁磁态(其中所有的电子自旋都指向同一个方向)。也有可能出现更加难以理解的自旋有序化,其中一个例子如图1-4(d)所示。每个原子上的平均电子自旋就是所谓的磁矩(MagneticMoment)。图1-4(b-d)所示铁磁态的磁矩为1,而图1-4(a)中其他所有情形的磁矩均为零。
本文编号：3252827
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自旋1/2J1-J2方格磁体及其上放置的模型化合物的基态相图[5]
第1章绪论-3-数据进行重新分析，给出了更大的J2/J1比值[6]。磁失挫来自于理论上提出的许多异常现象（自旋液体基态，强磁场中超固相的形成等）。理论上的预测需要适当的失挫材料的实验。在无机化学中寻找相应的化合物已经进行了长时间的探索，而低维自旋系统是固态物理学中积极研究的课题之一，它有可能观察到许多量子现象并在相对简单的模型（例如针对不同晶格类型的Ising或Heisenberg模型）中解释这些现象[4-6]。1.1.2电荷-自旋-轨道有序电荷有序(ChargeOrdering)是指具有不同氧化态的金属离子在晶格中的有序排列，它是在混合价态的化合物体系中普遍存在的一种现象。事实上，电荷有序是一种比较特殊的电子局域化形式，即实空间有序的局域化，由于这种局域化，使得具有电荷有序的体系一般表现为具有带隙的绝缘体[5]。在1955年，Wollan和Koehler在锰氧化物中同样也发现电荷有序现象。1998年，Mori等人在La1-xCaxMnO3体系中，通过高分辨电子显微镜研究发现体系在低温下呈现Mn4+O6条纹和Mn3+O6条纹的有序排列，证明该体系在低温下存在电荷有序现象[7]，如图1-2所示。图1-2层状钙钛矿锰氧化物La0.5Sr1.5MnO4中的电荷有序、轨道有序示意图具有电荷有序或者自旋有序的体系，有时还可能出现轨道有序。Goodenough最早给出了轨道有序的概念[4]，它成功地解释了掺杂的锰氧化物中的磁性有序现象。另外，在具有轨道有序的化合物中，轨道的形状和方向与电子的杂交和交换密切相关，有序轨道的出现通常伴随着晶格的协同效应，从而导致变化[7]。
第1章绪论-5-光学和电学性质对于各种技术应用都是令人关注的。二氧化钒在其相变期间的光学特性突然变化，再加上适当的干涉仪效应，使其适用于多种光电应用。它可以用作写入和存储光学信息的存储介质，也可以用于折射率可变的受控反射镜，也可以用作红外检测器。此外，基于钒氧化物的电铬现象，可将其用于高速光学显示器[7]。Mott-Hubbard模型(如图1-3所示)[10-11]。图1-3Mott-Hubbard绝缘体[10]1.2几种常见的磁耦合作用1.2.1磁性的基础知识磁性是电子非零自旋所造成的直接结果。在反磁性材料中,每个电子态独由两个电子所占据,一个向上自旋,另一个向下自旋,该情形如图1-4(a)中对周期性材料的示意性描述。然而,在磁性材料中,存在着只含有一个电子的电子态。当存在未配对电子时，它们可以形成多种有序化方式，而每一种有序化方式都定义了一个不同的磁性状态[12]。如图中1-4(b)和(c)所示，是两个非常常见的磁性状态,分别是反铁磁态(其中相邻原子的电子自旋方向交替变化)以及铁磁态(其中所有的电子自旋都指向同一个方向)。也有可能出现更加难以理解的自旋有序化,其中一个例子如图1-4(d)所示。每个原子上的平均电子自旋就是所谓的磁矩(MagneticMoment)。图1-4(b-d)所示铁磁态的磁矩为1,而图1-4(a)中其他所有情形的磁矩均为零。
本文编号：3252827
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