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三角晶格反铁磁CuFeO2的磁性和电子结构
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O641.4[理学—物理化学;理学—化学] O482.5[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]苏州大学物理科学与技术学院,江苏苏州215006, [2]南通大学理学院,江苏南通226007
  • 相关基金:国家自然科学基金(10974104 50832002); 江苏省自然科学基金(BK2006047); 江苏省普通高校研究生科研创新计划(CX09B_018Z)资助项目
中文摘要:

基于广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论(DFT),通过构造铁磁(FM),阻挫的三角非共线反铁磁(FAFM)、上上下下型共线反铁磁(邙邙邬邬AFM)三种不同磁性构型,从非共线磁性结构计算出发,优化了低温铜铁矿CuFeO2晶体材料的几何结构,研究了磁性结构对电子结构、能隙和磁矩等的作用.计算发现上上下下型反铁磁自旋排列能促进能隙形成,总能降低,磁矩增大.由于上上下下型反铁磁与阻挫三角非共线反铁磁相能量接近,外场的作用容易导致磁性结构相变到阻挫的三角反铁磁态,其电子态密度分布与X光发射光谱测得的结果一致,即具有高自旋的Fe离子3d电子自旋向上的子带中心位于Cu3d能态之下,O2p能态以上,而且配位场理论分析表明Fe离子3d态自旋向下的空轨道为铁电极化提供了有利的化学环境.

英文摘要:

Based on a non-collinear magnetic structure calculation,the magnetism,energy gap,and electronic structures of the triangular lattice antiferromagnetic delafossite CuFeO2 were investigated by density functional theory (DFT) within the generalized gradient approximation (GGA) approach.By producing three types of magnetic configurations including ferromagnetic (FM),frustrated triangular non-collinear antiferromagnetic (FAFM),and up-up-down-down collinear antiferromagnetic (↑↑↓↓AFM) ordering,a full optimization of the lattice parameters and internal coordinates was performed for the low temperature hexagonal structure.The calculations show that the up-up-down-down spin arrangement plays an important role in the formation of the band gap,the decrease in total energy and the increase in magnetic moment.Since a small difference exists between the total energy of the FAFM and ↑↑↓↓AFM phase,the ↑↑↓↓AFM easily undergoes a phase transition to the FAFM state when an external magnetic field is applied.Additionally,the electronic densities of states (DOS) in the ↑↑↓↓AFM phase qualitatively agrees with the results of X-ray emission spectra,that is,the Fe ion is in a high-spin state with the spectral weight of the Fe 3d spin-up band centered slightly below the Cu 3d but above the O 2p bands.Analysis with ligand field theory also indicates that the empty orbital of the Fe 3d spin-down provides a chemical environment favorable for ferroelectric polarization.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781