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近年来,人们发现双钙钛矿氧化物Sr2FeMo06在室温低场下具有10%(H=7T)的隧穿型磁电阻(TMR)效应,并且其居里温度高达410-450K,在类似结构的钙钛矿材料中也相继发现了磁记忆和热滞后以及电荷有序化转变等丰富物理现象,使得这一大类A2B′B″O6型氧化物成为可应用于室温的自旋电子学器件的理想候选材料之一。
通过对双钙钛矿材料的掺杂可以改变其晶体结构、磁电阻效应及居里温度等物理特性,目前,实验对Sr2FeMoO6的Fe位掺杂进行了探讨,研究表明:Fe位掺Cr降低了饱和磁化强度、阳离子有序、居里温度及磁电阻效应。考虑到Cr3+与Fe3+有着相似的电子结构(cr3+3d3:t32g,Fe3+3d5:t32ge2g)和相近的离子半径(cr3+:0.0615 nm,Fe3+:0.0645 nm),Cr离子掺杂必将对其电子结构和磁性产生重要影响,对该体系的理论研究将十分必要。我们采用密度泛函理论(DFT)下的平面波赝势(PWP)法和广义梯度近似(GGA),研究了Fe位掺Cr对双钙钛矿氧化物Sr2FeMoO6电子结构和磁性的影响,得到了与实验变化趋势相一致的结果。本论文的主要工作如下:
首先,对Sr2Fe1-xCrxMoO6(x=0,1/3,0.5,1)进行儿何结构优化,得到体系基态结构,发现随着掺杂浓度的增加晶体结构发生了由四方晶系—三斜品系—四方晶系的转变,Fe-O键长减小,Cr-O、Mo-O键长增加,Fe-O-Mo、Cr-O-Mo键角逐渐趋近于180°,晶格常数和晶胞体积也随之减小,与实验测量定量吻合。
其次,在结构优化基础上,为分析该系列氧化物磁性随Cr掺杂浓度x的变化规律,在广义梯度近似下计算了体系的磁矩。发现Sr2Fe1-xCrxMoO6化合物的总磁矩和Fe离子磁矩随Cr掺杂量的提高而降低,与实验变化趋势一致。
最后,在重现部分已有能带结构计算结果基础上,进一步系统地计算并分析了Sr2Fe1-xCrxMoO6(x=0,1/3,0.5,1)的能带结构及态密度,发现该体系显现半金属—金属—半金属转变。