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锰基钙钛矿型氧化物的第一性原理研究

张士晶  
【摘要】: 本论文采用平面波赝势方法对钙钛矿型锰氧化合物SrMnO_3的电子结构进行了第一性原理研究。我们选取SrMnO_3作为研究对象,通过CASTEP量子力学软件来计算六方和立方相SrMnO_3化合物的电子结构,来研究这一系列材料结构、性质及二者间的关系。最后研究了六方SrMnO_3的A位K掺杂后的电子结构。 六方层状SrMnO_3化合物磁基态对应于共面八面体以及共顶点的二聚体间的磁性交换作用均为AFM的磁结构。h-SrMnO_3是磁性绝缘体,其禁带宽度为1.6eV。费米能级附近的Mn 3d态与O 2p态存在很强的杂化作用,属于共价绝缘体,这种强共价性使得Mn4+的自旋磁矩偏离理想值。采用Noodleman的对称性破缺方法,根据h-SrMnO_3不同磁有序态的总能量拟合出h-SrMnO_3中的自旋交换耦合常数。h-SrMnO_3的局部微结构(Mn-O-Mn键)决定了整个体系的特殊磁性交换作用。共面八面体以及共顶点的二聚体间均存在AFM交换作用,并且共顶点的二聚体间的AFM作用比较强。 立方SrMnO_3化合物磁基态为G-型。 在理论上证实了六方层状SrMnO_3化合物在压力为3GPa的时候开始转变成立方SrMnO_3化合物,这与实验吻合。 对于对掺杂K的六方层状SrMnO_3化合物的研究,我们得出其磁基态对应于共面八面体为FM,而共顶点的二聚体间的磁性交换作用为AFM的磁结构。并且K掺杂后的Sr0.5K0.5MnO_3化合物为典型的空穴掺杂半导体。


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