尖晶石型軟磁鐵氧體電子結(jié)構(gòu)及磁性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、本文采用基于密度泛函理論的第一性原理平面波超軟贗勢(shì)法，系統(tǒng)的研究了ZnFe204鐵氧體、Zn0.5Mn0.5Fe204鐵氧體、MnFe204鐵氧體和NiFe204鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)及介電性質(zhì)；闡明了隨摻雜Mn含量的增加，ZnFe204鐵氧體、Zn0.5Mn0.5Fe204鐵氧體和MnFe204鐵氧體磁性質(zhì)的變化規(guī)律：揭示了各體系磁性質(zhì)的微觀機(jī)理。研究表明，單純鋅鐵氧體ZnFe204是一種非磁性直接能隙半導(dǎo)體材料，導(dǎo)帶由F

2、e的3d電子軌道和O的2p電子軌道共同貢獻(xiàn)，價(jià)帶由Fe的3d軌道構(gòu)成。其中Fe的3d電子軌道和O的2p電子軌道重疊較強(qiáng)，表明Fe與O相互作用強(qiáng)烈，起到了使晶格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用。計(jì)算表明，摻雜Mn的Zn0.5Mn0.5Fe204鐵氧體和MnFe204鐵氧體仍保持尖晶石型結(jié)構(gòu)，但與ZnFe204鐵氧體相比，其晶胞體積增大，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性減弱。Zn0.5Mn0.5Fe204鐵氧體和MnFe204鐵氧體基態(tài)都為亞鐵磁性，具有半金屬特征。隨著摻雜Mn

3、含量的增大，ZnFe204鐵氧體、MnFe204鐵氧體和Zn0.5Mn0.5Fe204鐵氧體的總磁距呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。計(jì)算還得出，Zn0.5Mn0.5Fe204鐵氧體的磁距(7.41８μB)大于錳鐵氧體(4.99μB)和鎳鐵氧體(1.92IμB)的磁距。電子態(tài)密度分析表明，在Zn0.5Mn0.5Fe204鐵氧體中，鋅原子使鐵原子和錳原子的雜化作用增強(qiáng)，導(dǎo)致鐵原子和錳原子自旋磁距增大，故而總磁距增大。對(duì)Zn0.5Mn0.5Fe20