【摘 要】
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ABO3型钙钛矿氧化物拥有非常丰富的晶格结构。由于其晶格、轨道、电荷和自旋之间非常强的耦合,使得体系具有许多新奇的物理特性,例如巨磁阻效应、高温超导、铁磁性、铁电性、拓扑性等,在材料制备和器件设计方面扮演着非常重要的角色。随着器件微型化和多功能化的发展和演变,将材料的特性进行修改和调控是材料科学领域研究的热点之一,例如实现磁相变、电荷转移、金属-绝缘体转变以及磁电耦合。一方面,可以通过衬底与薄膜间
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ABO3型钙钛矿氧化物拥有非常丰富的晶格结构。由于其晶格、轨道、电荷和自旋之间非常强的耦合,使得体系具有许多新奇的物理特性,例如巨磁阻效应、高温超导、铁磁性、铁电性、拓扑性等,在材料制备和器件设计方面扮演着非常重要的角色。随着器件微型化和多功能化的发展和演变,将材料的特性进行修改和调控是材料科学领域研究的热点之一,例如实现磁相变、电荷转移、金属-绝缘体转变以及磁电耦合。一方面,可以通过衬底与薄膜间的晶格失配来实现外延应力,使材料中的氧八面体发生旋转和倾斜,从而影响材料的磁性和电子特性。另一方面,还可以利用超晶格将不同物性的钙钛矿氧化物材料进行层间耦合,通过界面效应得到与母体材料完全不同的物理性质,从而呈现出更多有趣的物理现象。因此,深入探究钙钛矿过渡金属氧化物有趣的物理现象背后的潜在机理是走向实际应用的核心。本论文采用第一性原理计算,研究了钙钛矿过渡金属氧化物中的磁性、电子结构、轨道有序等物理性质。主要研究内容如下:（1）通过衬底对薄膜施加外延应力以及采取不同的生长取向是研究钙钛矿氧化物的常用手段,其蕴含的晶格畸变以及维度效应对材料的研究具有重要的意义。本文研究了外延应力对[110]取向的La Ti O3薄膜磁基态和电子结构的影响。研究发现通过调节外延应力的大小,材料发生了磁相变。晶格畸变（即Ti-O-Ti键角和Ti-O键长）在该材料的物性方面（如磁性和电子结构）发挥了重要的作用。（2）界面效应是调控钙钛矿氧化物物性的有效途径之一,可通过界面的电荷转移形成新的电子态。本文研究了（Sm Ni O3）n/（YTi O3）m超晶格界面处的电荷转移对Sm Ni O3电子结构的影响。研究发现界面处的电荷转移使材料的电子结构发生了很大的变化。对于（Sm Ni O3）1/（YTi O3）1和（Sm Ni O3）2/（YTi O3）2超晶格,体系呈现出绝缘特性。而对于（Sm Ni O3）3/（YTi O3）1超晶格,体系呈现出了金属特性。（3）一般来说,ABO3型钙钛矿氧化物的A位离子是+2或者+3价,B位离子是+4或者+3价。然而对于Se XO3（X=Co,Mn）材料来说,Se离子是+4价,X离子是+2价,目前很少被研究。本文研究了外延应力以及氧缺陷对Se XO3（X=Co,Mn）电子结构和磁性的影响。研究发现应力和氧缺陷会对磁基态和带隙产生不同程度的影响,这与X-O键长和X-O-X键角的变化有紧密联系。
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