三類摻雜的類鈣鈦礦型氧化物功能材料電子結構和磁性質的計算研究.pdf

1、博士學位辦x三類摻雜的類鈣鈦礦型氧化物功能材料電子結構和磁性質的計算研究作者：吳海平指導教師：鄧開明教授南京理工大學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構和磁性質的計算研究摘要類韓鈦礦型氧化物（PerovskiteOxide)由于其幾何結構和化學組成的多樣性，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、氧離子傳導性、高溫超導電性等。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、池等相關領域具有巨大的應用前景。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（spintronics)是當前的熱門研究領域，而半金屬材料（halfmetal)在此領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、來源到尋找更適當的交換和關聯勢，以及近年來的自相互作用修正和多種更新更復雜的密度泛函。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。計算結果表明：當摻雜濃度為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離子都呈現均勻分布。關于電

4、子結構性質，當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導致其具有龐磁電阻效應。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xSO.5時，Fe離子的電子組態(tài)表現為中間自旋態(tài)，當x》0.6時，則表現為自旋態(tài)。第四章在第三章的基礎上，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計量配比的雙鈣鈦礦氧化物Sr2FeCo06S的理論設計工作。計算結果表明，基態(tài)Sr2FeCo05表現為反鐵磁半金屬特性，且具有wwa空間群結構。磁矩計算結果表明，Fe離子和Co離子都分為兩類，Fe(l)位Fe離子的磁矩為2.97仲，Fe(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體現出磁矩有序排列。Fe