本文關(guān)鍵詞：摻雜對(duì)尖晶石型鈷鐵氧體和鋅鐵氧體性能影響的第一性原理研究

  更多相關(guān)文章： 第一性原理計(jì)算 鈷鐵氧體 鋅鐵氧體 摻雜 態(tài)密度 磁矩

【摘要】：尖晶石型鐵氧體作為一類(lèi)重要磁性材料,其特殊的光學(xué)、電子和磁特性,使得其被廣泛應(yīng)用于電子器件、信息存儲(chǔ)系統(tǒng)、磁性器件、通訊設(shè)備和微波裝置等方面。因此本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算和廣義梯度近似(GGA)+U的方法,系統(tǒng)研究了摻雜對(duì)尖晶石型鈷鐵氧體和鋅鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)與磁性能的影響及其相關(guān)物理機(jī)制。本文研究了尖晶石型鈷鐵氧體(CoFe_2O_4)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、磁性能和電子結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:Co離子傾向于占據(jù)八面體位置,即反尖晶石CoFe_2O_4的結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。分析總態(tài)密度分布可知,反尖晶石結(jié)構(gòu)和正尖晶石結(jié)構(gòu)都呈絕緣性,且反尖晶石結(jié)構(gòu)的帶隙比正尖晶石結(jié)構(gòu)帶隙寬。計(jì)算的磁矩結(jié)果表明Co和Fe離子都呈高自旋態(tài)且正尖晶石結(jié)構(gòu)的總磁矩大于反尖晶石的總磁矩。Ni離子摻雜鈷鐵氧體結(jié)果表明Ni離子傾向于取代八面體位置的Co離子且隨著Ni摻雜量的增加,晶格常數(shù)呈遞減趨勢(shì)。從態(tài)密度圖分析表明,帶隙隨著Ni摻雜量的變化而變化,且大部分都呈絕緣體。磁性能依賴于Ni的摻雜量,隨著Ni摻雜量的增加,晶格中的原子磁矩變化不明顯,但總磁矩呈線性遞減趨勢(shì),主要因?yàn)镹i離子最外層的3d未配對(duì)電子數(shù)小于Co離子最外層3d未配對(duì)電子數(shù)。Mn離子摻雜對(duì)鈷鐵氧體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、磁性能和電子結(jié)構(gòu)影響結(jié)果表明當(dāng)Mn離子摻雜量小于37.5%時(shí),Mn離子占據(jù)八面體位置結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定且顯+3價(jià),然而當(dāng)Mn離子摻雜量大于37.5%時(shí),有部分Mn離子占據(jù)四面體位置且顯+2價(jià),即Mn~(2+)離子傾向占據(jù)四面體亞晶格中,而Mn~(3+)離子傾向于占據(jù)八面體亞晶格中。由于Mn離子的半徑大于Co離子的半徑,導(dǎo)致體系晶格常數(shù)隨著Mn摻雜濃度的增加而增加。從態(tài)密度圖可知,體系帶隙隨Mn離子的摻雜而減小。Mn摻雜對(duì)磁性能的影響結(jié)果表明,當(dāng)摻雜量大于37.5%時(shí),隨著Mn摻雜量的增加,體系總磁矩呈增加趨勢(shì)。尖晶石型鋅鐵氧體(ZnFe_2O_4)活性較高,廣泛應(yīng)用于處理染料廢水方面。本文通過(guò)摻雜向能帶中引入雜質(zhì)能級(jí),來(lái)調(diào)節(jié)能帶結(jié)構(gòu),以提高鋅鐵氧體對(duì)光吸收的能力,在一定程度上提高其光催化效率。結(jié)果表明正尖晶石結(jié)構(gòu)的ZnFe_2O_4最穩(wěn)定,其帶隙為1.92 eV。二價(jià)不同元素?fù)诫s對(duì)ZnFe_2O_4的磁性能和帶隙都有不同程度的影響。由于Be~(2+)、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Sr~(2+)和Ba~(2+)沒(méi)有未配對(duì)的電子,它們對(duì)體系的磁性貢獻(xiàn)很小。而Cr~(2+)、Mn~(2+)、Co~(2+)、Ni~(2+)、Cu~(2+)的具有未配對(duì)的3d軌道電子,導(dǎo)致總磁矩有不同程度的變化。摻雜三價(jià)不同元素導(dǎo)致ZnFe_2O_4禁帶寬度有明顯的變化,同時(shí)三價(jià)元素?fù)诫s使得體系的總磁矩減小。
【關(guān)鍵詞】：第一性原理計(jì)算 鈷鐵氧體 鋅鐵氧體 摻雜 態(tài)密度 磁矩
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM277
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 尖晶石鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)9-10
• 1.3 尖晶石鐵氧體的磁性10-11
• 1.4 尖晶石型鐵氧體材料的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.5 本文研究目的和研究?jī)?nèi)容14-16
• 1.5.1 研究目的14
• 1.5.2 研究意義14
• 1.5.3 研究?jī)?nèi)容14-16
• 第2章 理論基礎(chǔ)及計(jì)算方法16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 密度泛函理論16-20
• 2.2.1 Hobenberg-Kohn定理17
• 2.2.2 Kohn-Sham方程17-18
• 2.2.3 局域密度近似(LDA)18-19
• 2.2.4 廣義梯度近似(GGA)19-20
• 2.3 贗勢(shì)方法20-22
• 2.4 自洽求解的流程22-23
• 2.5 計(jì)算軟件簡(jiǎn)介23-24
• 第3章 尖晶石鈷鐵氧體的電子結(jié)構(gòu)和磁性能研究24-32
• 3.1 引言24
• 3.2 計(jì)算模型和計(jì)算方法24-25
• 3.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性25-26
• 3.4 磁性能和電子結(jié)構(gòu)分析26-31
• 3.4.1 磁性能26
• 3.4.2 電子結(jié)構(gòu)分析26-31
• 3.5 本章小結(jié)31-32
• 第4章 Ni摻雜對(duì)CoFe_2O_4的磁性能和電子結(jié)構(gòu)的影響32-43
• 4.1 引言32-33
• 4.2 計(jì)算方法和計(jì)算模型33-35
• 4.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性35-36
• 4.4 磁性能和電子結(jié)構(gòu)36-42
• 4.4.1 磁性能36-38
• 4.4.2 電子結(jié)構(gòu)38-42
• 4.5 本章小結(jié)42-43
• 第5章 Mn摻雜對(duì)CoFe_2O_4磁性能和電子結(jié)構(gòu)的影響43-56
• 5.1 引言43
• 5.2 計(jì)算方法和計(jì)算模型43-45
• 5.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性45-47
• 5.4 磁性能和電子結(jié)構(gòu)47-54
• 5.4.1 磁性能47-49
• 5.4.2 電子結(jié)構(gòu)49-54
• 5.5 本章小結(jié)54-56
• 第6章 摻雜對(duì)ZnFe_2O_4電磁性能影響的理論研究56-64
• 6.1 引言56
• 6.2 計(jì)算方法和計(jì)算模型56-57
• 6.3 鋅鐵氧體的結(jié)構(gòu)參數(shù)和磁性能57
• 6.4 U值對(duì)鋅鐵氧體的帶隙的影響57-59
• 6.5 不同元素?fù)诫s對(duì)ZnFe_2O_4性能的影響59-62
• 6.5.1 不同二價(jià)元素?fù)诫s對(duì)ZnFe_2O_4電磁性能的影響59-61
• 6.5.2 不同三價(jià)元素?fù)诫s對(duì)ZnFe_2O_4電磁性能的影響61-62
• 6.6 本章小結(jié)62-64
• 結(jié)論64-65
• 參考文獻(xiàn)65-73
• 發(fā)表論文和參加科研情況73-74
• 致謝74-75

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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本文編號(hào)：968579