【摘 要】
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过渡金属氧化物具有较强的电子轨道关联,低温下一般表现为反铁磁或是非线性的螺旋磁性。其中钙钛矿AFeO3在低温下不断呈现复杂的自旋序,有时也会出现自旋序和电荷序共存的现象。同价态的A位阳离子,实验上一般是A位阳离子半径越大,电荷序被压制,但对于不同价态的A位阳离子对电荷序的影响仍没有系统的研究。本文主要采用第一性原理计算软件VASP,研究了A位阳离子的半径、价态对电荷序和磁性的影响。此研究对于过渡金
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过渡金属氧化物具有较强的电子轨道关联,低温下一般表现为反铁磁或是非线性的螺旋磁性。其中钙钛矿AFeO3在低温下不断呈现复杂的自旋序,有时也会出现自旋序和电荷序共存的现象。同价态的A位阳离子,实验上一般是A位阳离子半径越大,电荷序被压制,但对于不同价态的A位阳离子对电荷序的影响仍没有系统的研究。本文主要采用第一性原理计算软件VASP,研究了A位阳离子的半径、价态对电荷序和磁性的影响。此研究对于过渡金属钙钛矿的低温结构相变,电荷序的形成机理,以及电子输运性质都有非常重要的意义。主要取得以下研究结果:1)利用密度泛函理论的第一原理计算,研究了CaFeO3、SrFeO3、LaFeO3晶体结构和磁学性能等性质。通过计算出磁性结构的能量体积关系曲线确定结构稳定性,结果显示CaFeO3的正交结构的Pnma和单斜结构的P21/n最为稳定,铁磁态的能量最低。在低温下,CaFeO3会发生金属-绝缘体的转变,并且伴随着电荷歧化反应,产生两个不等效的铁离子。随离子半径的增加,从Ca2+增大到Sr2+,再增加至La3+,尼尔温度不断上升。用Sr2+、La3+替代Ca2+来破坏CaFeO3的电荷有序相,因此SrFeO3和LaFeO3都不存在电荷歧化。A位阳离子的替换可以调节AFeO3的带宽,半径越大带宽越大。带宽增大到使电子退局域,反铁磁削弱,铁磁增强,从而使电荷有序相被破坏。2)利用第一原理计算研究了A位阳离子掺杂的Sr2/3La1/3FeO3和Ca2/3La1/3FeO3的晶体结构和磁学性能等性质。Sr2/3La1/3FeO3的单斜结构P21/n最为稳定且存在电荷歧化,呈现金属性质。对Ca2/3La1/3FeO3的Pnma晶体结构进行计算,同样存在电荷歧化,且呈现金属性质。掺杂后A位阳离子半径不一致,导致结构畸变的差异,Fe在晶体中的不同位置形成了两种不同FeO6八面体,以电荷歧化的形式展现出来。电荷歧化的形成既需要电荷歧化出现前的金属特性,也需要电荷歧化的结构变形。
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