鈣鈦礦結構材料Sr-,8-CaRe-,3-Cu-,4-O-,24-壓力效應的研究.pdf

1、雖然鈣鈦礦結構氧化物R<,1-x>A<,x>MnO<,3>(其中R是稀土金屬離子，A是堿土金屬離子)的研究歷史已經超過了半個世紀，但這系列化合物仍然是凝聚態(tài)物理中的一個重要方向。作為強關聯(lián)電子系統(tǒng)(SCEM)，一方面鈣鈦礦結構化合物是理解電荷，自旋，軌道和晶格自由度間復雜相互作用而產生的豐富物理現(xiàn)象的理想材料；另一方面這系列化合物擁有極豐富的相圖，各種電學和磁學性質對外界條件相當敏感，使它們將成為研制量子調控器件的極好材料。今年的諾貝爾

2、物理學獎頒給了法國科學家阿爾貝·費爾和德國科學家彼得·格林貝格爾，以表彰他們對“巨磁電阻”效應領域的巨大貢獻。巨磁電阻是鈣鈦礦材料的一個重要電磁特性，廣泛應用在存儲電子元件上，極大地推進了現(xiàn)代文明的發(fā)展。同時外界對基礎科學的肯定極大地也激發(fā)了研究工作者的熱情。 鈣鈦礦材料中一個最基本的研究對象當屬LaMnO<,3>,它是研究鈣鈦礦結構材料的最好電子系統(tǒng)。所以首先以LaMnO<,3>為研究對象，研究了它的JT畸變，磁性結構和電子-

3、電子互作用之間的關系及對其電磁性質所起的作用。并且進一步考慮到這種材料在不同壓力下的各種物理參數(shù)和結構變化所引起的新效應。另外，2003年由幾位日本科學家通過高溫高壓合成了新型鈣鈦礦材料Sr<,8>CaRe<,3>Cu<,4>O<,24>，它的特別之處在于它不但表現(xiàn)出較強的磁性，而且還有很高的居里相變溫度(T<,C>)，眾所周知，銅氧化物中既有鐵磁性又有很高T<,C>的材料很少見，所以Sr<,8>CaRe<,3>Cu<,4>O<,24>

4、是很好的研究自旋電子材料，很可能具有非常廣泛的應用前景。理論方面：2005年，X．G..Wan等人運用密度泛函理論和格林函數(shù)方法研究了該材料的電子結構和磁性性質。研究表明這種材料是絕緣體，每個元胞有1.0μ<,B>的磁矩，所得結果和實驗一致。本人延續(xù)前人的工作，考慮電子間的強相互作用，運用Vasp軟件包對材料作晶格優(yōu)化，研究這種材料在各種電磁特性的壓力效應。主要的結論如下： 第一，通過贗勢和平面波基組方法，考慮電子間強相互作用，

5、運用從頭算起的量子力學分子動力學計算軟件包VASP，計算LaMnO<,3>系統(tǒng)的基本電子結構，得到了與實驗基本相同的計算結果。通過對比其基本電子結構特點，可以看出它和其他一些鈣鈦礦材料的不同之處。 Mn<'3+>d電子的特殊性使人們不能簡單地找出LaMnO<,3>性質的主導因素。為了更好地理解鈣鈦礦的內部結構和電子的相互作用對其性質的改變所起到的作用，我們對LaMnO<,3>進行晶格優(yōu)化，計算模擬其在不同壓強下晶格常數(shù)、原子位置、電子結

6、構等隨著壓強變化的規(guī)律，研究其結構與電磁性質關系。計算結果及結論可以歸納為以下幾點：(1)在低壓下(P<13GPa)A型反鐵磁時的狀態(tài)要比鐵磁狀態(tài)下穩(wěn)定，表明在計算中考慮磁性對LaMnO<,3>具有穩(wěn)定基態(tài)結構有一定的影響。(2)在LaMnO<,3>中低壓時電子間關聯(lián)勢起兩個主要作用：一是打開能隙，二是穩(wěn)定晶格畸變和A型反鐵磁結構。(3)當壓強達到18GPa左右，Jahn-Teller(JT)畸變基本完全被抑制，壓強達到32GPa時，出

7、現(xiàn)了絕緣-金屬相變。隨著壓強的增大系統(tǒng)對電子的強相互作用越來越不敏感。 第二，通過基于密度泛函理論的第一性原理線性綴加平面波(FP-LAPW)方法，和局域軌道近似，模擬了新型材料Sr<,8>CaRe<,3>Cu<,4>O<,24>隨壓力變化而引起的電子結構、磁性性質以及居里溫度等物理效應。得到如下結論：(1)Sr<,8>CaRe<,3>Cu<,4>O<,24>基態(tài)是亞鐵磁結構，隨著壓力的增加，JT畸變逐漸受到抑制，向立方(Cub