半金屬材料相關問題的第一性原理研究

自旋電子學是當今研究的熱點之一，其中需要解決的關鍵問題之一是提高自旋極化率。鐵磁半金屬和半導體是比較理想的候選材料，這類材料對穩(wěn)定性好﹑數(shù)據(jù)處理速度快﹑功率損耗低以及集成密度高的器件等領域有著廣泛的應用前景。主要工作如下： （1）通過GGA U計算，理論預言了半金屬材料Eu4O3N，它的最大特點是具有很大的磁矩，Eu磁矩高達大約 7 μB。 （2）通過使用mBJ交換勢克服能隙問題和鐵磁和各種反鐵磁能量比較，理論預言CrO2/TiO2超晶格是鐵磁半導體，并且在很大晶格常數(shù)范圍內(nèi)都是鐵磁半導體。 （3）通過使用mBJ交換勢，研究了閃鋅礦鐵磁半金屬和半導體構(gòu)成的超晶格 (CrX)2/(YX)2 (X=As, Sb;Se, Te and Y=Ga; Zn)，計算結(jié)果出示它們都是性能優(yōu)良的鐵磁半金屬。 我們的工作為尋找潛在的鐵磁半金屬和半導體提供一定的理論基礎，促使進一步的實驗工作。 2100433B

自旋電子學是當今研究的熱點之一，其中需要解決的關鍵問題之一是提高自旋極化率。半金屬是比較理想的候選材料，這類材料對穩(wěn)定性好﹑數(shù)據(jù)處理速度快﹑功率損耗低以及集成密度高的器件等領域有著廣泛的應用前景。針對這類新型功能材料，將進行以下幾方面的研究：. （1）準確計算半金屬材料的能隙，在此基礎上計算這些材料的光學性質(zhì)，以及輸運系數(shù)，得到與實驗一致的結(jié)果。. （2）通過應變調(diào)控的方法，找到加大半金屬能隙和提高半金屬居里溫度的思路；研究表面和界面對半金屬材料特性的影響。. （3）通過替代﹑應變﹑加電場或磁場的方法預言新的半金屬材料；尋找與半金屬材料有關的拓撲性質(zhì)。

1 緒論

1．1 多鐵性材料簡介

1．2 多鐵性材料的發(fā)展簡史

1．3 多鐵性材料的分類

1．3．1 第Ⅰ類多鐵性材料

1．3．2 第Ⅱ類多鐵性材料

1．4 多鐵性的微觀機制

1．5 磁性的起源與規(guī)律

1．5．1 磁性的宏觀特征

1．5．2 磁性的微觀起源

1．6 多鐵性的研究內(nèi)容與面臨的挑戰(zhàn)

參考文獻

2 第一性原理計算及其在多鐵性材料研究中的應用

2．1 第一性原理計算概述

2．1．1 基本概念

2．1．2 基本思路

2．1．3 基本近似

2．2 密度泛函理論基礎

2．2．1 Hohenberg—Kohn定理

2．2．2 Kohn—Sham方程

2．2．3 交換關聯(lián)能泛函

2．2．4 自旋密度泛函理論

2．3 第一性原理計算在多鐵性材料研究中的應用

2．3．1 單相多鐵性材料的第一性原理研究

2．3．2 第一性原理理論預測新型多鐵性材料

2．3．3 理論設計人工多鐵性材料

2．4 第一性原理計算軟件CASTEP簡介

參考文獻

3 高壓下多鐵性材料BiCoO3的物性研究

3．1 研究背景簡介

3．2 理論建模和基本參數(shù)的選擇

3．3 BiCoO3的Co3 離子自旋態(tài)及基態(tài)電子結(jié)構(gòu)

3．3．1 Co3 離子自旋態(tài)

3．3．2 基態(tài)電子結(jié)構(gòu)

3．4 壓力誘導的物性變化

3．4．1 靜水壓力誘導的結(jié)構(gòu)、電子和磁性相變

3．4．2 單軸壓力誘導的結(jié)構(gòu)、電子和磁性相變

3．5 本章小結(jié)

參考文獻

4 多鐵性材料PbVO3的電子結(jié)構(gòu)與高壓相變研究

4．1 研究背景

4．2 計算細節(jié)與模型建立

4．3 四方相PbVO3的基態(tài)電子結(jié)構(gòu)與鐵電性

4．3．1 基態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)特征

4．3．2 磁基態(tài)的電子結(jié)構(gòu)特征

4．3．3 四方相的鐵電性起源

4．4 四方相PbVO3的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

4．4．1 靜水壓力誘導的晶體結(jié)構(gòu)相變與電子結(jié)構(gòu)變化

4．4．2 單軸壓力誘導的晶體結(jié)構(gòu)相變與電子結(jié)構(gòu)變化

4．5 本章小結(jié)

參考文獻

5 多鐵性材料的第一性原理設計——以BiCo1-xFexO3為例

5．1 BiCo1-xCoxO3體系的研究現(xiàn)狀

5．1．1 BiFeO3的化學取代

5．1．2 BiFeO3一BiCoO3固溶體

5．2 BiCo1-xCoxO3體系面臨的挑戰(zhàn)

5．3 BiCo1-xFexO3多鐵性材料的第一性原理設計

5．4 本章小結(jié)

參考文獻2100433B

半金屬材料具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)，因此其具有一些特殊的性質(zhì)：

1、它在費米能級處的電子極化率高達100% ；

2、它的總磁矩為波爾磁矩的整數(shù)倍；

3、一些半金屬鐵磁體還具有較高的居里溫度。

這些特點使半金屬材料非常適合在自旋電子器件中應用，尤其適合作為自旋注入源材料。

本項目主要研究圖論中整數(shù)流、群連通度問題、歐拉子圖的存在即網(wǎng)絡容錯性及相關問題，它包括圖的處處非零的3-流問題、群連通度（Group connectivity）、 群著色問題及相關問題。 著名數(shù)學家Tutte教授（1954）提出的3-流猜想(Bondy和Murty的《Graph with applications》中未解決問題48):任何4-邊連通圖有非零3-流: 法國數(shù)學家 Jeager教授(1992) 把整數(shù)流問題推廣到群連通度問題。而群著色問題作為群連通問題的對偶問題提出來的。 平面圖的染色是與平面上的整數(shù)流等價。因此， 整數(shù)流問題、群連通問題和染色問題是圖論研究的主流問題之一。 我們對對這些問題進行深入、系統(tǒng)的研究，取的一批重要成果。我們刻畫了度條件與群連通性、 度系列與群連通性、禁用子圖與群連通性、平面圖的群著色。因為平面上整數(shù)流的問題和染色問題是等價的， 因此我們研究了平面圖的著色以及強邊著色等問題。我們還研究了線圖的Hamilton性、度條件與歐拉連通子圖的存在性, 因子的存在性和網(wǎng)絡的容錯性等問題。 2100433B