分子磁体NaFeⅡ2（PO4）（HPO4）的磁性及电导性的第一性原理研究

论文摘要

本文采用基于密度泛函理论（DFT）的全势线性缀加平面波（FP-LAPW）法,对非纯有机分子磁体NaFe2Ⅱ（PO4）（HPO4）的电子结构、磁性质以及电导性质进行了第一性原理研究。为了测试计算方法的正确性和精确性,我们先研究了包含原子数目较少的铁电体BaTiO3的电子结构,并分析了其与铁电性的关系。对部分原子的电子态密度的分析显示,Ti的3d轨道和O的2p轨道的电子态密度有着非常相似的特征,这表明它们之间存在着强烈的轨道杂化,或许正是由于在八面体中原子轨道的这种杂化导致了BaTiO3中的自发极化,自发极化的结果是使晶胞中的电偶极子有序排列从而出现铁电性。由于外部压力和温度可以导致BaTiO3八面体中原子轨道之间的杂化更加明显,所以会引起铁电相变。对于金属磷酸盐NaFe2Ⅱ（PO4）（HPO4）,我们算得得结果与实验中所测到的结论是一致的:反铁磁（AFM）态是该体系的基态,铁磁（FM）态是其亚稳态。计算得到的每个分子的磁矩为7.00μB,主要来源于FeⅡ离子。对态密度的分析显示,NaFe2Ⅱ（PO4）（HPO4）体系在AFM基态具有半导体的性质,在FM亚稳态具有导体的性质。这可以从其能带结构中进一步得到证实,对于FM亚稳态,自旋向上和自旋向下的能带的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）之间存在着明显的交叠,而对于AFM基态则存在着一个约为0.2eV的能隙,由此我们可以断定NaFe2（PO4）（HPO4）的FM亚稳态确实具有导体的性质,AFM基态确实具有半导体的性质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 物质磁性的基本特征和理论
• 1.2 分子磁体的设计及研究进展
• 1.3 分子磁体电导性的研究进展
• 1.4 本文的工作和目的
• 2 密度泛函理论（DFT）
• 2.1 Born-Oppenheimer 近似
• 2.2 Hartree-Fork 近似
• 2.3 Hohenberg-Kohn 定理
• 2.4 Kohn-Sham 方程
• 2.5 交换关联泛函的确定
• 3 线性缀加平面波（LAPW）法
• 3.1 线性化的缀加平面波方法
• 3.2 LAPW 方法的久期方程
• 3.3 添加非Muffin-tin 势的修正和FP-LAPW 方法
• 3 的电子结构与其铁电性的关系'>4 钙钛矿型铁电体BaTiO₃的电子结构与其铁电性的关系
• 3的结构和计算方法'>4.1 BaTiO₃的结构和计算方法
• 4.2 计算结果及讨论
• 4.3 总结
• 2^Ⅱ（PO₄）（HPO₄）的电子结构和磁性质'>5 非纯有机反铁磁体NaFe₂^Ⅱ（PO₄）（HPO₄）的电子结构和磁性质
• 2^Ⅱ（PO₄）（HPO₄）体系的分子结构'>5.1 NaFe₂^Ⅱ（PO₄）（HPO₄）体系的分子结构
• 5.2 计算结果及讨论
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士期间发表的论文