ABO3类稀土过渡金属氧化物的第一原理研究

论文摘要

本论文采用第一原理超软赝势平面波方法对钙钛矿型稀土镍氧化物（RNiO3）材料展开研究。我们选取不含f电子的YNiO3,含11个f电子的HoNiO3和含14个f电子的LuNiO3为研究对象,以RNiO3结构相变前后的结晶学数据为唯一的输入参数,通过CASTEP量子力学软件来计算RNiO3在相变前后正交相和单斜相的电子结构,来研究这一系列材料结构、性质及二者间的关系。能带结构表明,RNiO3在结构相变同时发生金属-绝缘体转变。电子密度图分析表明,RNiO3结构相变同时又发生电荷歧化现象。通过计算部分态密度,建立电荷歧化特征值δ求解方法,电荷歧化后Ni离子的两种价态是Ni（3-δ）+和Ni（3+δ）+。通过分析部分态密度图得出RNiO3中的Ni原子的3d电子和O原子的2p电子之间存在强烈的轨道杂化,只是正交相和单斜相杂化程度不同;而R和Ni、O之间为离子相互作用。利用ZSA相图,从能带和态密度图的对应关系分析得出RNiO3正交相是pd金属或称“P”型金属;单斜相是pd-pd型共价绝缘体,其本质是Wigner点阵型电荷有序绝缘体。根据对部分态密度和Mulliken布居的计算与分析,我们发现正是电荷歧化减小了Ni-3d和O-2p的杂化强度tpd,从而导致了RNiO3中的金属-绝缘体转变。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 材料计算与设计中的计算机模拟
• 1.2 第一原理计算
• 3类稀土过渡金属氧化物RNiO₃ 的研究现状'>1.3 ABO₃类稀土过渡金属氧化物RNiO₃的研究现状
• 1.3.1 钙钛矿结构
• 1.3.2 金属-绝缘体转变
• 1.3.3 热电系数（塞贝克系数）
• 1.3.4 金属-绝缘体转变中的迟滞现象
• 1.3.5 高压性质
• 1.3.6 结构相变与电荷歧化现象
• 1.4 本论文将展开的研究工作
• 参考文献
• 第二章 理论基础与研究方法
• 2.1 Hartree-Fock 方法
• 2.2 密度泛函理论
• 2.3 Kohn-Sham 方程的实际解
• 2.4 赝势
• 2.5 近似中的局限性
• 2.5.1 局域密度近似的使用导致的误差
• 2.5.2 用赝势替换真正的离子势导致的误差
• 2.5.3 扩展平面波截止能量导致的误差
• 2.5.4 k 点网格导致的误差
• 2.5.5 在总能量赝势近似中系统尺寸的限制
• 2.6 计算方法
• 2.6.1 计算软件介绍
• 2.6.2 程序运行的主要步骤
• 参考文献
• 3（R=Ho, Y, Lu）中电荷歧化的第一原理研究'>第三章 钙钛矿型RNiO₃（R=Ho, Y, Lu）中电荷歧化的第一原理研究
• 3.1 计算方法及结构参量
• 3.1.1 晶体模型构建
• 3.1.2 计算参数设置
• 3.1.3 电子结构计算
• 6 八面体的前线轨道性质'>3.2 NiO₆八面体的前线轨道性质
• 3.3 电子结构结果与讨论
• 3.3.1 电子密度分析
• 3.3.2 部分态密度分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 3（R=Y, Lu）金属相本质的第一原理研究'>第四章 钙钛矿型RNiO₃（R=Y, Lu）金属相本质的第一原理研究
• 4.1 计算方法及结构参量
• 4.2 金属和绝缘体的分类
• 4.3 电子结构结果与讨论
• 4.3.1 能带分析
• 4.3.2 部分态密度分析
• 4.3.3 Mulliken 布居分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 3（R=Y, Lu）金属-绝缘体转变的第一原理研究'>第五章 钙钛矿型 RNiO₃（R=Y, Lu）金属-绝缘体转变的第一原理研究
• 5.1 计算方法及结构参量
• 5.2 电子结构结果与讨论
• 5.2.1 能带分析
• 5.2.2 部分态密度分析
• 5.2.3 Mulliken 布居分析
• 5.2.4 金属-绝缘体转变的机制
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 摘要
• Abstract
• 致谢