Sr掺杂LaMnO3的电磁学性质

论文摘要

钙钛矿型LaMnO3（LMO）氧化物体系因其结构的特殊性及磁电特性的奇异性质在近年来一直是凝聚态物理研究的热点问题之一。这类物质在固体燃料电池、固体电解质、传感器和催化方面已得到广泛应用。1990年前后，随着巨磁阻效应的发现，这类氧化物引起人们更大的兴趣。纯LMO室温下是正交晶型结构，研究表明，LMO的电子导电率可以通过掺杂低价的金属等代替La或Mn的位置而增加，且由于SrMnO3（SMO）掺杂的LMO材料具有很高的电磁阻，长期的化学稳定性，所以是很好的电磁材料。最近，用原子层外延等方法制备的LMO/SMO超晶格引起人们越来越多的兴趣和关注，它们对诸如掺杂、电场、磁场、温度、应变等外部条件非常敏感。尤其，应变在La1-xSrxMnO3（LSMO）的结构和电学性质等方面扮演着非常重要的角色。先前的研究表明不同的应变会诱导LSMO磁有序转变。为了研究的方便，Cao等人采用简立方LSMO模型，发现c轴应变时，会出现铁磁（FM）向反铁磁（AFM）转变，同时O原子2p轨道的px、py、pz分轨道中pz的分量几乎变为0。但目前国内外就具有正交结构La/SrMnO3在a轴、b轴以及ac轴同时应变时的电磁性质鲜有报道，实际上，正交结构才是该超晶格常温下的本征结构。我们采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了正交超晶格结构LaMnO3/SrMnO3（LMO/SMO）晶格结构、轴向应变及电磁结构的影响。理论计算结果表明，LMO/SMO随a、b、c及ac方向的轴向应变变化均是铁磁性状态比反铁磁性状态更稳定。Sr掺杂后，LMO正交结构仍保留明显的晶格畸变，SMO的面心立方结构的晶格畸变增加，Mn的3d态及O的2p态在不同的轴向应变下更加复杂。Mn的3d态轨道分波态密度随着负应变的增大，自旋向上和自旋向下态密度趋向于对称，磁性趋向于零。并在此基础上计算了相应的能带和态密度，为实验研究及实际应用提供了理论支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 计算物理学的基本理论
• 1.4 铁磁，反铁磁以及顺磁简介
• 1.4.1 铁磁性
• 1.4.2 反铁磁性
• 1.4.3 顺磁性
• 1.5 直接能隙半导体和间接能隙半导体
• 1.5.1 直接能隙半导体
• 1.5.2 间接能隙半导体
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第2章 第一性原理方法简介
• 2.1 第一性原理计算方法
• 2.1.1. 多体系统的薛定谔方程
• 2.1.2 Born-Oppenheimer 绝热近似
• 2.1.3 Hohenberg-Kohn 定理
• 2.1.4 Kohn-Sham 方程
• 2.1.5 交换关联泛函
• 2.2 赝势方法
• 2.2.1 赝势平面波方法和超软赝势
• 2.2.2 投影缀加波方式
• 2.3 全电子法
• 2.4 能带电子的平面波基底展开
• 2.5 结构优化
• 2.6 常用软件包介绍
• 2.6.1 Material Studio（MS）
• 2.6.2 ESPRESSO
• 2.6.3 WIEN
• 2.6.4 Gaussian
• 2.6.5 SIESTA
• 2.6.6 Vienna Ab-initio Simulation Package（VASP）
• 2.7 第一性原理研究现状
• 3的电磁学性质'>第3章 Sr 掺杂 LaMnO₃的电磁学性质
• 3.1 锰氧化物的基本特征
• 3.1.1 锰氧化物的晶体结构
• 3.1.2 锰氧化物的电子结构
• 3的电子结构'>3.1.3 LaMnO₃的电子结构
• 3.2 能带
• 3.2.1 能带理论
• 3.2.2 能带结构的模型
• 3.2.3 导带
• 3.2.4 价带
• 3.3 态密度
• 3.3.1 能态密度函数
• 3.3.2 总态密度
• 3.3.3 局域态密度和分波态密度
• 3.4 计算理论和模型构建
• 3.4.1 计算理论
• 3.4.2 模型构建
• 3.5 计算结果与讨论
• 3.5.1 轴向应变与能量的关系
• 3.5.2 晶格常数在 0 应变下的变化
• 3.5.3 LSMO 在 0 应变下的分波态密度
• 3.5.4 LSMO 铁磁性的能带结构
• 3.5.5 Mn 3d 轨道的分波态密度
• 3.5.6 面电荷密度
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录