Ni(Co)-Mn基双钙钛矿材料的结构和磁性的第一性原理计算

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随着计算机科学技术的发展,材料科学、物理学、计算机科学联系的日益紧密。通过计算机技术解决材料体系中复杂的物理问题成为目前最为重要的研究手段之一。具有双钙钛矿结构的氧化物材料(化学通式为A2BB’O6),因其具有特殊的晶体结构以及优异的物理性质,成为材料领域和凝聚态物理学领域的研究热点之一。随着相关理论和材料计算软件的快速发展,理论计算成为材料、物理、化学等领域的重要研究手段。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算软件VASP软件包计算研究了双钙钛矿结构的Ni(Co)-Mn基氧化物La2MnCoO6和La2MnNiO6;随后计算研究了碱土金属Ca掺杂后的两种氧化物。分别从晶体结构、电子结构以及磁性三个方面对得到的结果进行了分析。使用GGA方法能够较为准确的得到LMCO和LMNO的晶体结构参数;而LMCO的电子结构需要使用GGA+U方法才能准确得到,在U=3 eV时,其带隙为0.91 eV,随着U值增加到6 eV,带隙增加到1.38 eV;LMNO在GGA方法下便能得到准确的电子结构,其带隙为0.58 eV,在U=6 eV时,带隙增加到1.47 eV。随着U值增加,LMCO的总磁矩由5.797μB/f.u.增加到5.924 μB/f.u.,而LMNO的总磁矩几乎保持在5 μB/f.u.不变。随着LMCO中La位上碱土金属Ca的掺杂,伴随掺杂浓度的增加,晶胞体积逐渐减小,同时Co-O键长与CoO6八面体体积也随之减小,而Mn-O键长和MnO6八面体体积保持同一水平不变。其电子结构在费米能级上出现了电子态,表明其基态性质发生改变,但是只有在掺杂浓度为25%和75%时,才呈现出半金属性质。磁性在GGA方法与GGA+U方法下也具有很大的差别,但是其总磁矩的变化趋势是伴随Co原子磁矩变化的。GGA方法得到的总磁矩在50%浓度时极速减小,而GGA+U方法得到的总磁矩呈现出增长的趋势。Ca掺杂LMNO的晶胞体积逐渐减小,Ni-O键长和NiO6八面体体积也随之减小,而Mn-O键长和MnO6八面体体积保持同一水平不变。同时,电子结构在费米能级上出现自旋极化,并呈现出半金属性质。体系总磁矩也伴随Ca掺杂浓度的增加,呈线性减小。总磁矩是随着Ni原子磁矩的变化而变化的。Sr掺杂后与Ca掺杂得到一致的结果。然而,Sr原子掺杂与Ca原子掺杂得到的总磁矩几乎没有差别。
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