摻雜型鈣鈦礦SrMO3(M=Mn,Hf)的結(jié)構(gòu)和性能的第一性原理研究.pdf

1、本文采用含超軟贗勢平面波方法的廣義梯度近似第一性原理分別對Ce、Bi、Fe摻雜SrMnO3的結(jié)構(gòu)、電子和磁學(xué)性質(zhì),以及Pb摻雜SrHfO3的結(jié)構(gòu)、電子和光學(xué)性質(zhì)進行了相關(guān)研究。
　　首先,對于Ce摻雜立方相SrMnO3體系,不同的Mn-O鍵長說明MnO6八面體發(fā)生了強的Jahn-Teller扭曲。晶胞構(gòu)型由立方相(Pm3 m)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄迪?I4/mcm),同時,強的Jahn-Teller扭曲對于穩(wěn)定C型反鐵磁基態(tài)構(gòu)型具有顯著作

2、用。電子結(jié)構(gòu)表明SrMnO3和Sr1-xCexMnO3(x=0.125,0.25)分別為半導(dǎo)體和導(dǎo)體,這主要是由于部分Ce摻雜SrMnO3后化合物為保持電荷的總體平衡使得部分Mn4+轉(zhuǎn)變成Mn3+的結(jié)果。由態(tài)密度和電荷密度圖可以看出Ce-O鍵和Mn-O鍵主要以共價鍵形式存在,而Sr-O鍵則主要以離子鍵形式存在。態(tài)密度圖和磁學(xué)性質(zhì)結(jié)果證實了在Sr1-xCexMnO3(x=0.125,0.25)中Ce的存在形式為正三價。
　　其次,對

3、于Bi摻雜六方相SrMnO3體系,電子結(jié)構(gòu)分析表明SrMnO3和Sr0.5Bi0.5MnO3分別為絕緣體和導(dǎo)體,Bi摻雜SrMnO3后因Sr0.5Bi0.5MnO3為保持電荷平衡使得部分Mn4+轉(zhuǎn)變成Mn3+,從而產(chǎn)生雙交換作用機理引起該化合物的電子傳導(dǎo)性增強,這與實驗測定結(jié)果吻合?；衔锏慕Y(jié)構(gòu)和電荷密度結(jié)果證實了Mn-O鍵和Bi-O鍵主要為共價鍵,而Sr與O之間形成的則為離子鍵。通過比較SrMnO3和Sr0.5Bi0.5MnO3各磁構(gòu)

4、型可知兩者最穩(wěn)定構(gòu)型均為反鐵磁基態(tài)。由SrMnO3和Sr0.5Bi0.5MnO3的電子和磁性分析可知摻雜前后化合物磁性發(fā)生了極大變化。
　　第三,對于Fe摻雜立方相SrMnO3體系,在不考慮壓強的條件下不產(chǎn)生Jahn-Teller扭曲現(xiàn)象。對Sr0.875Fe0.125MnO3的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析可知其相過渡壓強為25.0 GPa,此時化合物構(gòu)型由立方相變?yōu)樗姆骄迪?。發(fā)生相過渡后,不同的Mn-O、Fe-O鍵長說明MnO6與FeO6八

5、面體發(fā)生較強烈的Jahn-Teller扭曲。Jahn-Teller扭曲同時也使得C-AFM的構(gòu)型成為穩(wěn)定構(gòu)型。能帶和態(tài)密度結(jié)果表明因壓強引起的相過渡使得其電子阻力減少。計算獲得的反鐵磁構(gòu)型這一基態(tài)構(gòu)型與實驗結(jié)果吻合。
　　最后,對于Pb摻雜立方相SrHfO3體系,根據(jù)能量最小化原理獲得的晶格常數(shù)和實驗數(shù)據(jù)相似。摻雜形成能結(jié)果表明Pb更易摻雜在SrHfO3的Sr位而不是Hf位與實驗結(jié)果相同。能帶結(jié)構(gòu)表明Sr0.875Pb0.125H