Формирование орбитального и спинового упорядочений и их влияние на физические свойства сильнокоррелированных оксидных соединений 3d металлов

• Автор: Коротин, Михаил Аркадьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 224 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Методы расчета электронной структуры и свойств соединений с сильными электронными корреляциями
1.1 Функционал электронной плотности
1.2 Несостоятельность приближения локальной электронной плотности для сильнокоррелированных систем
1.3 Методы учета электрон-элсктронной корреляции
1.4 Приближение ЬОА+и
1.4.1 Поправка к потенциалу незанятых состояний
1.4.2 Перная версия приближения ЬОА+Ы
1.4.3 Вторая версия приближения ЬОА+и
1.4.4 Современная версия приближения ЬОА+и
1.5 Краткое описание комплекса компьютерных программ с реализацией приближения ЬОА+Ы
1.0 Выводы
Глава 2. Исследование причин упорядочения занятых ед орбиталей ионов Мп3+ в манганитах Рг^СахМпОз (х = 0 и х = 1/2) и Ьа7/88г1|/8МпОз
2.1 Расчет зонной структуры Рг^^СаяМпОз (ж = 0 и х = 1/2)
2.1.1 Реальный и модельный нелегированные антиферромагнитные изоляторы РгМпОз
2.1.2 Легированный антиферромагнитпый изолятор Рг^Са^МпОз
2.2 Исследование орбитального и дырочного упорядочения в Ьа7/85г1/8Мп03 .
2.2.1 Детали расчета
2.2.2 Модельный нелегированный ферромагнитный изолятор ЬаМп03 . .
2.2.3 Легированный ферромагнитный металл
2.2.4 Легированный ферромагнитный изолятор
2.3 Выводы
Глава 3. Состояние ионов Со3+ с промежуточным спином в ЬаСоОз
3.1 Детали расчета
3.2 Однородные решения
3.3 Возможное орбитальное упорядочение в ЬаСоОз
3.4 Выводы
Глава 4. Сг02 - самолегированный ферромагнетик с механизмом двойного обмена
4.1 Кристаллическая структура рутила
4.2 Описание орбиталей н структуре рутила
4.3 Понятие самолегироваиной системы
4.4 Детали расчета
4.5 Результаты расчетов без учета корреляций
4.6 Результаты расчетов с учетом корреляций
4.7 Выводы
4.8 Дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования СЮ2 (обзор
литературы)
4.8.1 Работы, не затрагивающие результатов нашего исследования
4.8.2 Цитирующие публикации
4.8.3 Эксперименты и теория в подтверждение нашей картины
4.8.4 Критический взгляд на представленные выводы
Глава 5. Изменение орбитальной симметрии локализованного ЗФ электрона иона V4+ при переходе металл-изолятор в V
5.1 Высокотемпературная R фаза V
5.2 Mi фаза V
5.3 М2 фаза V
5.4 Выводы
Глава 6. Магнитные свойства Ca(Mg)Vn02n+i
6.1 Кристаллическая структура
6.2 Электронная структура и обменные взаимодействия в СаУз
6.3 Электронная структура и обменные взаимодействия в CaV205 и MgV2Os .
6.4 Обменные взаимодействия в СаУ4Оэ
6.5 Выводы
Заключение
Литература
Введение
Обменный механизм упорядочения орбиталей действует наряду с прямыми (ян-теллеровским и квадрупольным) и в некоторых случаях способен сам по себе дать правильную орбитальную структуру. В этом механизме подстройка решетки (структурный переход) является вторичным эффектом; здесь можно говорить как бы о “ян-теллеровском упорядочении без ян-теллеровского взаимодействия”. Реально, конечно, все три механизма действуют совместно, и выяснение того, какой из них доминирует в том или ином конкретном случае, представляется довольно трудным.
Отправной точкой данного исследования послужила фраза из обзорной статьи К.И. Кугеля и Д.И. Хомского “Эффект Яна-Теллера и магнетизм: соединения переходных металлов” [1], вынесенная в эпиграф. В обзоре шла речь о веществах, в которых в симметричной конфигурации основное состояние магнитных ионов, помимо спинового вырождения, обладает также добавочным орбитальным вырождением. Исходя из модели Хаббарда, обобщенной на вырожденный случай
- кулоновское отталкивание электронов с учетом внутриатомного Jн (хуп-довского) обмена, и переходя к спиновым и псевдосшпювым операторам 5 и т, в простейшей модели, где орбитали а,/3 двукратно вырождены, и воз-
Н —Но + Ні,
Яі =ХХіаІ^а.?7^

описывает зонную энергию, а

Методы расчета

нацией действительных сферических гармоник. Этот недостаток устранен в наиболее современной расширенной версии приближения ЬБА+и.
Итак, основным стимулом появления современной версии приближения ЬЭА+и являлось соображение о том, что для сильнокоррелированпых систем орбитальная поляризация должна рассматриваться столь же естественным способом, что и спиновая поляризация. Была постулирована так называемая независящая от базиса версия приближения ЬБА+И, которая и решила данную проблему.
Для начала необходимо определить в общем виде набор базисных функций и правильно учесть прямое и обменное кулоновские взаимодействия внутри частично заполненной о! (или /) атомной оболочки. Для этого нужно, во-первых, определить области пространства, где атомные характеристики электронных состояний более менее сохраняются (“атомные сферы”), что, очевидно, не составляет труда для (1 и / электронов. Внутри этих атомных сфер можно использовать разложение по локализованному ортонорми-роваиному базису inl7ncr) (г обозначает узел, п - главное квантовое число, I - орбитальное квантовое число, т - магнитное число и а - индекс спина). Для простоты ограничимся случаем, когда только конкретная п1 оболочка имеет частичное заполнение, что достаточно типично. Матрица плотности для коррелированных электронов в этой оболочке определяется следующим образом (индекс главного квантового числа опускаем):
Грина в этом локализованном представлении, а Н, эффективный одноэлектронный гамильтониан, будет определен далее. В терминах элементов этой матрицы плотности {па} обобщенный функционал ЬБА-ьБ [30,90] оиреде-
1.4.4 Современная версия приближения ЬБА+и
где б*ацтд1п>(Е) = {Ита(Е — Н) 1Ит'а) - элементы матрицы функции