過渡金屬氧化物表現(xiàn)出多種令人感興趣物理性質(zhì),如電荷有序,軌道有序,金屬到絕緣體轉(zhuǎn)變等,帶來潛在的應(yīng)用價(jià)值,成為固體物理、化學(xué)的研究熱點(diǎn)。在本論文中,我們通過考慮電子關(guān)聯(lián)作用的Hubbard修正,基于半局部廣義梯度近似密度泛函理論的第一性原理計(jì)算,從理論計(jì)算角度研究四方磷鉬酸鹽MoOPO4的電子性質(zhì)、磁性質(zhì),以及研究了單斜C2/c相β-V2OPO4中電荷有序現(xiàn)象。此外,通過非共線磁計(jì)算探索自旋軌道耦合在上述體系中的效應(yīng)。首先在MoOPO4中計(jì)算結(jié)果表明,在有效電子相關(guān)校正小于2.0 eV的條件下,Neel型反鐵磁耦合是方形晶格平面上的磁性基態(tài)。同時(shí),很好地再現(xiàn)了面間鐵磁耦合相互作用。從用于擬合四種不同磁性構(gòu)型總能量的經(jīng)典海森堡模型中提取計(jì)算交換常數(shù)表明,反鐵磁面內(nèi)最近鄰耦合在Neel構(gòu)型的穩(wěn)定中起決定性作用,輔之以鐵磁面內(nèi)次近鄰相互作用。此外,我們?cè)诖嘶A(chǔ)上討論4d電子在磷酸鉬中的電子相關(guān)和自旋軌道耦合對(duì)上述結(jié)論的影響。最后在β-V2OPO4中計(jì)算結(jié)果表明AFM-Ⅱ構(gòu)型是磁基態(tài),其中所有V2+原子上的自旋磁矩是平行的,所有V3+原子上的自旋磁矩也是平行的,而這兩個(gè)自旋亞晶格上的磁矩彼此反... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

自旋1/2J1-J2方格磁體及其上放置的模型化合物的基態(tài)相圖[5]

第1章緒論-3-數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分析，給出了更大的J2/J1比值[6]。磁失挫來自于理論上提出的許多異�，F(xiàn)象（自旋液體基態(tài)，強(qiáng)磁場(chǎng)中超固相的形成等）。理論上的預(yù)測(cè)需要適當(dāng)?shù)氖Т觳牧系膶?shí)驗(yàn)。在無機(jī)化學(xué)中尋找相應(yīng)的化合物已經(jīng)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的探索，而低維自旋系統(tǒng)是固態(tài)物理學(xué)中積極研究的課題之一，它有可能觀察到許多量子現(xiàn)象并在相對(duì)簡(jiǎn)單的模型（例如針對(duì)不同晶格類型的Ising或Heisenberg模型）中解釋這些現(xiàn)象[4-6]。1.1.2電荷-自旋-軌道有序電荷有序(ChargeOrdering)是指具有不同氧化態(tài)的金屬離子在晶格中的有序排列，它是在混合價(jià)態(tài)的化合物體系中普遍存在的一種現(xiàn)象。事實(shí)上，電荷有序是一種比較特殊的電子局域化形式，即實(shí)空間有序的局域化，由于這種局域化，使得具有電荷有序的體系一般表現(xiàn)為具有帶隙的絕緣體[5]。在1955年，Wollan和Koehler在錳氧化物中同樣也發(fā)現(xiàn)電荷有序現(xiàn)象。1998年，Mori等人在La1-xCaxMnO3體系中，通過高分辨電子顯微鏡研究發(fā)現(xiàn)體系在低溫下呈現(xiàn)Mn4+O6條紋和Mn3+O6條紋的有序排列，證明該體系在低溫下存在電荷有序現(xiàn)象[7]，如圖1-2所示。圖1-2層狀鈣鈦礦錳氧化物L(fēng)a0.5Sr1.5MnO4中的電荷有序、軌道有序示意圖具有電荷有序或者自旋有序的體系，有時(shí)還可能出現(xiàn)軌道有序。Goodenough最早給出了軌道有序的概念[4]，它成功地解釋了摻雜的錳氧化物中的磁性有序現(xiàn)象。另外，在具有軌道有序的化合物中，軌道的形狀和方向與電子的雜交和交換密切相關(guān)，有序軌道的出現(xiàn)通常伴隨著晶格的協(xié)同效應(yīng)，從而導(dǎo)致變化[7]。

第1章緒論-5-光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)對(duì)于各種技術(shù)應(yīng)用都是令人關(guān)注的。二氧化釩在其相變期間的光學(xué)特性突然變化，再加上適當(dāng)?shù)母缮鎯x效應(yīng)，使其適用于多種光電應(yīng)用。它可以用作寫入和存儲(chǔ)光學(xué)信息的存儲(chǔ)介質(zhì)，也可以用于折射率可變的受控反射鏡，也可以用作紅外檢測(cè)器。此外，基于釩氧化物的電鉻現(xiàn)象，可將其用于高速光學(xué)顯示器[7]。Mott-Hubbard模型(如圖1-3所示)[10-11]。圖1-3Mott-Hubbard絕緣體[10]1.2幾種常見的磁耦合作用1.2.1磁性的基礎(chǔ)知識(shí)磁性是電子非零自旋所造成的直接結(jié)果。在反磁性材料中,每個(gè)電子態(tài)獨(dú)由兩個(gè)電子所占據(jù),一個(gè)向上自旋,另一個(gè)向下自旋,該情形如圖1-4(a)中對(duì)周期性材料的示意性描述。然而,在磁性材料中,存在著只含有一個(gè)電子的電子態(tài)。當(dāng)存在未配對(duì)電子時(shí)，它們可以形成多種有序化方式，而每一種有序化方式都定義了一個(gè)不同的磁性狀態(tài)[12]。如圖中1-4(b)和(c)所示，是兩個(gè)非常常見的磁性狀態(tài),分別是反鐵磁態(tài)(其中相鄰原子的電子自旋方向交替變化)以及鐵磁態(tài)(其中所有的電子自旋都指向同一個(gè)方向)。也有可能出現(xiàn)更加難以理解的自旋有序化,其中一個(gè)例子如圖1-4(d)所示。每個(gè)原子上的平均電子自旋就是所謂的磁矩(MagneticMoment)。圖1-4(b-d)所示鐵磁態(tài)的磁矩為1,而圖1-4(a)中其他所有情形的磁矩均為零。


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