Исследование эффектов орбитального, зарядового и спинового упорядочений в соединениях переходных металлов первопринципным методом LDA+U

• Автор: Елфимов, Илья Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Метод расчета электронной структуры твердых тел
1.1 Функционал электронной плотности
1.1.1 Обменно-корреляционный функционал и приближение локальной электронной плотности
1.2 Метод ЬМТО
1.2.1 Определение огибающей базисной функции
1.2.2 -МТ-орбитали, потенциальные параметры и функции
1.2.3 Линейные МТ-орбитали
1.2.4 Гамильтониан и матрица перекрывания
1.2.5 Плотности состояний и полная энергия
1.3 Метод ША+и
Глава 2. Переход металл-изолятор в Ге81
2.1 Зонная структура
2.2 Магнитная восприимчивость и электронная теплоемкость
Глава 3. Зарядовое упорядочение в Ге304
3.1 Модель Верве
3.2 Проблема самодействия в БЭБА
3.3 Результаты зонного расчета
Глава 4. Орбитальное упорядочение в перовскитах переходных металлов
4.1 Магнетизм и орбитальное вырождение
4.2 Расчет зонной структуры Ргі_жСажМпОз
4.3 Эффект аномального рассеяния рентгеновского излучения
и орбитальное упорядочение
Глава 5. Магнитные свойства Ca(Mg)Vn02n+l
5.1 Результаты ЬЭА+и расчета
5.2 Результаты расчета параметров обменного взаимодействия
Заключение
Введение
Соединения переходных металлов (ПМ) обладают удивительным многообразием как физических, так и химических свойств. Среди них можно встретить изоляторы с большой запрещенной зоной (УгОб, СГ2О3, а-РегОз), ферроэлектрики (ВаТЮз), полупроводники (СигО, БеБг, МпЭ), металлы (Сг02, №3, СиЭ) и сверхпроводники (Ьа2-2;Ва1Си04, УВагСигСН). Многие из них обладают также и магнитными свойствами: антиферромагнетизм (ск-РегОз, N10, СоО, МпО), ферримагнетизм (у-ГегОз) и ферромагнетизм (СгОг). Поэтому неудивительно, что они вызывают всеобщее пристальное внимание как с научной, так и с практической точки зрения.
Электронная структура (ЭС) соединений переходных металлов остается спорным вопросом вот уже около 50 лет с того самого момента, когда в 1937 году де Бур и Вервей [1] опубликовали свою работу, где они отметили, что соединения типа ИЮ не проявляют металлических свойств, вопреки теории Вильсона и Блоха [2]. Впервые качественную оценку эффектов корреляции проделал Мотт [3], который показал, что правильный их учет допускает возможность существования состояния изолятора и при неполностью заполненной электронами энергетической зоне. В дальнейшем, продолжение идей Мотта и Хаббарда привело к появлению теории суперобмена Андерсона [4], правил Гуденафа-Канамори-Андерсона (ЭКА) [5-7], а также и других полуэмпирических моделей.
В последние время весьма широкое развитие получили вычислительные методы физики и химии твердого тела, позволяющие проводить теоретические исследования электронной структуры и химической связи в конденсированных веществах различной структуры и состава. Наиболее
Глава 1. Метод расчета электронной структуры твердых тел

Рис. 1.2: Зависимость Ь(8)БА+и поправки для полной энергии(Д.Е) и одноэлектронного потенциала от числа локализованных электронов.
т т де%г>л I
мая во внимание, что и — длпа | получаем:
е%ВА+и ~ £1ЛВА(Ы ± Г) (1.96)
Таким образом, видно, что собственные значения длй й (или /) состояний имеют смысл энергий ионизации и сродства для занятых и пустых орбиталей соответственно. Любое отклонение полного числа локализованных электронов от целого значения ведет к увеличению полной энергии в соответствии с параболической зависимостью (1.93). Очевидно, эффект поправки (ЬБА+и) к ЬВА можно также рассматривать как дополнительное ограничение, требующее целочисленного заполнения локализованных орбиталей.
Для того, чтобы сделать вычислительную схему верной и в количественном отношении, необходимо определить в общем виде набор базисных функций и правильно учесть прямое и обменное кулоновские взаимодействия внутри частично заполненной й (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 с1 и / электронов. Внутри этих атомных сфер можно использовать разложение по локализованному ортонормированному базису inlma). ((г обозначает узел, п - главное