掺杂LaMnO3和La2CuO4的原子模拟

论文摘要

本论文回顾了Mn氧化物和Cu氧化物（侧重于电荷条带）的研究历史和现状,并简要介绍了原子模拟方法的理论基础。通过系统的原子模拟,研究了Ca/Sr掺杂LaMnO3中的原子分布和局域结构。在La1/3Ca2/3MnO3中,发现低温下掺杂Ca2+离子有有序排列的趋向。除证实了其它研究者提出的Wigner-crystal模型和bi-stripe模型外,我们还发现一种新的可能的电荷有序模型:layer-stripe模型。在这种模型中,La3+和Mn3+离子形成类似LaMnO3的局域结构,而Ca2+和Mn4+离子形成类似CaMnO3的局域结构,这两类局域结构和平均结构有明显的不同。layer-stripe模型有普适性,在其它掺杂浓度下,如La2/3Ca1/3MnO3和La1/2Ca1/2MnO3中,它也可以与其它有序模型共存。在La1-xSrxMnO3（x≤1/4）中,我们证实Sr趋于团簇分布而不是无序分布,发现La3+和Sr2+离子附近局域结构有明显的不同。通过对La2-xSrxCuO4（x≤1/3）超导体的原子模拟研究,证实了两种公认的domain-wall电子空穴有条带分布,还发现其它几种可能存在的电子空穴有序分布模型,这些模型是quarter-filled或是half-filled的。上述模拟结果和实验结果以及前人的理论结果有相同或类似之处,这说明过渡金属氧化物中电荷有序分布可能是普遍存在的。还研究了不同浓度的Ca/Sr/Co/Ni掺杂LaMnO3中的和压力下的La0.75Ca0.25MnO3和La0.89Sr0.11MnO3中的晶格变化和MnO6八面体变化,并根据这些变化估算了带宽和计算了杨·泰勒能量。计算的杨·泰勒能量和实验结果符合得较好。还用晶格常数计算了晶格应变,发现居里温度和掺杂引起的晶格应变有定量关系。还演示了带宽、杨?泰勒能量和居里温度之间的定量关系,发现居里温度变化的75%是由杨·泰勒能量变化引起的,其余25%是由带宽变化引起的。用这两种定量关系计算的居里温度和实验结果都符合得较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景与选题意义
• 3 的庞磁阻效应'>1.2 掺杂LaMnO₃的庞磁阻效应
• 3 的晶体结构和电子结构'>1.2.1 LaMnO₃的晶体结构和电子结构
• 1.2.2 磁阻、巨磁阻和庞磁阻
• 1.3 庞磁阻材料研究现状
• 3 的理论研究成果'>1.3.1 掺杂LaMnO₃的理论研究成果
• 1.3.1.1 双交换模型
• 1.3.1.2 电荷有序
• 3 的实验研究成果'>1.3.2 掺杂LaMnO₃的实验研究成果
• 3 典型电磁相图'>1.3.2.1 掺杂LaMnO₃典型电磁相图
• 1.3.2.2 结构－性能相关性
• 1.3.2.3 电荷有序和相分离的实验结果
• 1.4 超导体中电子空穴有序结构简介
• 1.4.1 高温超导体中的电子空穴
• 1.4.2 电子空穴条带结构的理论结果
• 1.4.3 电子空穴条带结构的实验结果
• 1.4.4 电子空穴条带结构研究可以改进的地方
• 1.5 本论文研究的侧重点、特点和各章安排
• 1.5.1 研究的侧重点和特点
• 1.5.2 本论文各章安排
• 第2章 原子模拟方法简介
• 2.1 原子模拟方法
• 2.1.1 极化和离子的核－壳模型
• 2.1.2 晶体中离子间的相互作用
• 2.1.3 计算晶格能的方法
• 2.1.4 能量最小化方法
• 2.1.5 动态模拟
• 2.1.6 计算程序
• 2.2 原子模拟成果举例
• 2.3 本论文采用的短程势
• 3 中的电荷有序'>第3章 掺杂LaMnO₃中的电荷有序
• 3 中的电荷有序'>3.1 Ca 掺杂LaMnO₃中的电荷有序
• 3.1.1 掺杂浓度为2/3 时的电荷有序
• 3.1.1.1 电荷有序分布
• 3.1.1.2 局域结构
• 3.1.2 掺杂浓度为1/3 和1/2 时的电荷有序
• 3.1.2.1 电荷有序分布
• 3.1.2.2 局域结构
• 3.1.3 电荷有序的稳定性
• 1-xSrxMnO₃ 中的Sr 团簇'>3.2 La_1-xSrxMnO₃ 中的Sr 团簇
• 3.2.1 晶格结构的变化
• 3.2.2 Sr 团簇的典型分布
• 3.2.3 局域结构
• 3.3 本章小结
• 3 的结构和居里温度相关性'>第4章 掺杂LaMnO₃的结构和居里温度相关性
• 4.1 估算带宽和计算杨·泰勒能量的方法
• 4.1.1 估算带宽的方法
• 4.1.2 计算杨·泰勒能量的方法
• 4.2 计算居里温度的方法
• 4.2.1 带宽－杨·泰勒能量－居里温度相关性
• 4.2.2 晶格应变－居里温度相关性
• 3 的结构与居里温度'>4.3 Co/Ni 掺杂LaMnO₃的结构与居里温度
• 4.3.1 晶格结构
• 4.3.2 带宽和杨·泰勒能量
• 4.3.3 居里温度
• 3 的结构与居里温度'>4.4 Ca/Sr 掺杂LaMnO₃的结构与居里温度
• 4.4.1 晶格结构
• 4.4.2 带宽和杨·泰勒能量
• 4.4.3 居里温度
• 3 在加压下的结构与居里温度'>4.5 Ca/Sr 掺杂的 LaMnO₃在加压下的结构与居里温度
• 4.5.1 晶格结构
• 4.5.2 带宽和杨·泰勒能量
• 4.5.3 居里温度
• 4.6 本章小结
• 2-xSr_xCuO₄ 中的分布'>第5章 电子空穴在La_2-xSr_xCuO₄中的分布
• 5.1 前言
• 5.2 电子空穴的有序排布
• 5.2.1 无序排布
• 5.2.2 有序排布
• 5.2.2.1 平行条带和对角条带
• 5.2.2.2 Wigner 模型、bi-stripe 模型和layer-stripe 模型
• 6 八面体顶点的有序结构'>5.2.2.3 电子空穴在CuO₆八面体顶点的有序结构
• 5.2.2.4 checkerboard 和droplet 模型
• 5.3 局域结构
• 5.3.1 掺杂和空穴带来的晶格变化
• 5.3.2 局域变化（与试验结果比较）
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历与在学期间发表的学术论文