锰基钙钛矿超晶格电磁性能的第一原理计算研究

【摘要】：基于密度泛函理论的第一性原理计算方法逐渐成为重要的研究手段,在物理、化学、生物等领域发挥了重要的作用。第一性原理计算方法的运用极大地促进了材料的研究,为寻找功能材料提供了理论预测。随着计算机软硬件技术的高速发展,第一性原理的计算研究方法成了高效而可靠的研究手段。 钙钛矿型氧化物是一类常见的复合氧化物,其性质,尤其经掺杂后形成复杂的相图,拥有包括压电、超导、磁电阻、催化、离子导体等,有着广泛的用途。应用领域包括传感器、固体燃料电池、固体电解质、固体电阻器及氧化还原催化剂等诸多领域,是化学、物理和材料等领域的研究热点。锰基钙钛矿的磁性质很复杂,特别是引入掺杂后,存在着包括电荷轨道有序态、自旋玻璃态、相分离等现象。 Mn基钙钛矿超晶格,特别是La2NiMnO6和La2CoMnO6是近来关注度比较高的两种锰基双钙钛矿,有潜在的应用价值。本文中研究了La2NiMnO6和La2CoMnO6电子结构、电性质和磁性质。此外,还研究了掺杂Sr以后的电子、电性质,通过对不同原子有序结构的铁磁、反铁磁计算,探讨了不同结构产生性质差异的原因。 我们的计算证实了实验中发现的铁磁结构是La2NiMnO6和La2CoMnO6的能量基态,(111)和(110)原子有序可以得到铁磁性半金属。对于不同浓度的Sr掺杂,通过四角形变的能量计算显示,掺杂对晶格常数的影响可以忽略。GGA掺杂计算给出了部分半金属相,而GGA+U一致地给出了绝缘体相。这体现了强电子关联作用的影响。此外,伴随Sr掺杂引入的p空穴使得Ni/Co和Mn的价态发生了变化,形成了不同的阳离子有序,改变了磁矩。