三類摻雜的類鈣鈦礦型氧化物功能材料電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)的計算研究.pdf

1、博士學(xué)位辦x三類摻雜的類鈣鈦礦型氧化物功能材料電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)的計算研究作者：吳海平指導(dǎo)教師：鄧開明教授南京理工大學(xué)2011年9月博士論文三類摻雜的類鈣鈦礦型氧化物功能材料電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)的計算研究摘要類韓鈦礦型氧化物（PerovskiteOxide)由于其幾何結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的多樣性，使其具有豐富而奇特的物性，如龐磁電阻、催化作用、鐵電性、高介電常數(shù)、氧離子傳導(dǎo)性、高溫超導(dǎo)電性等。這使此類氧化物在磁存儲、磁傳感、光催化、固體氧化物燃料電

2、池等相關(guān)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。因此，無論在實驗還是理論上，類鈣鈦礦型氧化物都已成為人們競相研究的熱點。自旋電子學(xué)（spintronics)是當(dāng)前的熱門研究領(lǐng)域，而半金屬材料（halfmetal)在此領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位。類鈣鈦礦型氧化物則是尋找半金屬材料的主要源頭，而這也是本文的主要工作所在。第一章簡要介紹了類鈣鈦礦型氧化物龐磁電阻材料和自旋電子學(xué)的研究進展。第二章簡要介紹了密度泛函理論的基本框架以及近年來的發(fā)展，從基本理論的思想

3、來源到尋找更適當(dāng)?shù)慕粨Q和關(guān)聯(lián)勢，以及近年來的自相互作用修正和多種更新更復(fù)雜的密度泛函。最后簡要介紹了一些常用的基于密度泛函理論的計算模擬軟件包。第三章介紹了B位摻雜的類鈣鈦礦型氧化物SrFei.xCox03物性的計算研究工作。計算結(jié)果表明：當(dāng)摻雜濃度為x=0.1時，SrFeG9COG103的基態(tài)顯示為A類反鐵磁序，而當(dāng)摻雜濃度為0.2時，該化合物的基態(tài)則顯示為鐵磁序。此外，對于所考慮的各種摻雜濃度，化合物的Co離子都呈現(xiàn)均勻分布。關(guān)于電

4、子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，當(dāng)0.2^x^0.7時，SrFe.xCox03具有半金屬特性，其他摻雜濃度的化合物則表現(xiàn)為金屬特性。對于半金屬SrFe.xCox03其能隙則隨著摻雜濃度x的增加而減小，而半金屬鐵磁相之間的隧穿效應(yīng)導(dǎo)致其具有龐磁電阻效應(yīng)。此外，在我們所考慮的全部化合物中，Co離子的電子組態(tài)為中間自旋態(tài)；而當(dāng)xSO.5時，F(xiàn)e離子的電子組態(tài)表現(xiàn)為中間自旋態(tài)，當(dāng)x》0.6時，則表現(xiàn)為自旋態(tài)。第四章在第三章的基礎(chǔ)上，即SrFeG5C0()503具有

5、半金屬特性，介紹了一種新型的半金屬材料一非化學(xué)計量配比的雙鈣鈦礦氧化物Sr2FeCo06S的理論設(shè)計工作。計算結(jié)果表明，基態(tài)Sr2FeCo05表現(xiàn)為反鐵磁半金屬特性，且具有wwa空間群結(jié)構(gòu)。磁矩計算結(jié)果表明，F(xiàn)e離子和Co離子都分為兩類，F(xiàn)e(l)位Fe離子的磁矩為2.97仲，F(xiàn)e(2)位Fe離子的磁矩則為3.72叫；而Co(l)位和Co(2)位Co離子的磁矩分別為2.96仲和3.20仲。這說明Sr2FeCo05體現(xiàn)出磁矩有序排列。Fe