3d過渡金屬氧化物電子結構的第一性原理計算.pdf

1、3d過渡金屬氧化物電子結構的過渡金屬氧化物電子結構的第一性原理計算第一性原理計算FirstPrinciplesCalculationsonElectronicStructureof3dTransitionMetalOxides（申請碩士學位）專業(yè)：材料物理與化學研究生：楊華指導教師：米文博副教授理學院應用物理學系2013年5月天津大學碩士學位論文–I–中文摘要由于信息存儲密度的飛速發(fā)展，人們將研究熱點轉移到能夠把電子的電荷和自旋屬性結合

2、在一起的自旋電子學器件。自旋電子學器件需要高效率的自旋注入源。由于居里溫度低、磁性來源不明確、界面處電阻率失配等問題，稀磁半導體和半金屬材料不能滿足實際應用。那么如何獲得高自旋極化材料和解析異質結構界面處的自旋極化率的變化成為研究的熱點問題之一。本文利用第一性原理計算的方法計算了磁性或非磁性元素摻雜反鐵磁氧化物CuO、NiO和α–Fe2O3的電子結構，為獲得新型高自旋極化率的材料提供理論支持。通過計算半金屬和多鐵材料Fe3O4BiFeO

3、3(001)超晶格的磁性和電子結構，以及Fe3O4石墨烯異質結界面處的自旋極化率的變化，為實驗設計提供理論依據。通過計算過渡金屬摻雜反鐵磁氧化物NiO和α–Fe2O3的能帶結構、態(tài)密度和光學性質，發(fā)現在Cu摻雜NiO中出現自旋極化現象，表現為半金屬性。半金屬性是由Cu?3d和O?2p態(tài)的軌道雜化所致。在Cu和Cd摻雜的α–Fe2O3中，體系為半金屬性，增強了對可見光的吸收能力，進而提高了光電化學性能。通過計算Cu1?xFexO的磁性和電

4、子結構，發(fā)現單摻雜和雙摻雜的Cu1?xFexO在費米能級均能產生自旋極化。單摻雜體系的自旋極化和磁性來源于Fe2?O2??Cu2之間的雙交換相互作用，而雙摻雜體系的自旋極化和磁性來源于Fe2?O2??Cu2?O2??Fe2之間的雙超交換相互作用。通過計算Fe3O4BiFeO3(001)超晶格的磁性和電子結構，發(fā)現磁性變化來源于界面處原子的成鍵和電荷轉移。Fe3O4BiFeO3(001)超晶格的磁矩增大，最大增加13%。界面處O含量對磁矩

5、的增加起著關鍵作用，其影響了界面處原子的成鍵和電荷轉移，使得Fe3O4的磁矩增大，因此可通過調控界面處的O含量來調控界面耦合的強度。通過計算Fe3O4(111)石墨烯異質結的不同界面的電子結構，發(fā)現界面終端不同，磁性不同；磁矩均增大，最大增加18.5%。界面中Fe(A)的磁矩變化比較大，這是由于Fe(A)比Fe(B)周圍有更少的氧，更容易受界面影響。由于受界面的影響，Fe3O4自旋極化率降低。這說明界面終端在調控界面體系的磁性和自旋極化