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第一性原理研究一些材料的电子自旋极化

作　者: 穆鑫
导　师: 孙霞；丁泽军
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 第一性原理 密度泛函理论 表面吸附 铁磁性材料 顺磁性分子 半金属 Heusler合金
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,随着相关理论、数值算法和计算能力的飞速发展,基于密度泛函理论的第一性原理计算方法成为凝聚态物理、量子化学和材料科学中的最重要的研究手段之一。密度泛函理论计算在处理体系几何构型、电子结构和磁性方面取得了巨大的成功。本论文根据密度泛函方法对Ni(100)表面和NO分子的吸附体系及Heusler合金的取代效应进行了研究。文中对体系的几何结构、电学性质、费米能级附近的电子自旋极化进行了讨论,同时对由于分子吸附和原子取代效应导致体系电学和磁学性质变化的机制进行了分析。第一章简要地介绍了密度泛函理论的基本框架和近年来的理论发展。密度泛函理论以Hohenberg-Kohn定理为理论基础,以解Kohn-Sham方程为基本方法,以寻找合适的交换-相关能量泛函为主线发展开来。近年来,随着VASP,Gaussian等一些计算软件的出现和成熟,使得密度泛函理论成为凝聚态物理、量子化学和材料科学中最常规、重要的计算方法。第二章用密度泛函方法研究NO分子在Ni(100)表面的吸附。计算了NO分子在不同覆盖率下吸附体系的几何结构和自旋分辨的电子态。研究表明,无论是在低覆盖率(0.125ML)的情况下还是高覆盖率(0.5ML)的情况下,NO分子都是垂直吸附在Ni(100)表面。对于吸附体系,NO分子和表面Ni原子的磁矩都明显的减小了。计算表明,在从Ni(100)表面流向NO分子的电子中大部分都是自旋向下的电子,从而使NO分子和表面Ni原子的磁矩大大降低了。第三章用密度泛函方法研究了Fe原子对????2???????? Heusler合金中Mn原子的取代效应。????2???????? Heusler合金中以不同比例的Fe原子替代Mn原子,研究????2????1?????????????体系电学性质和费米能级附近自旋极化率的变化。随着掺入Fe原子比例的增高,自旋向下电子的价带顶和导带底均向低能方向移动。当x=0.5时, ????2????0.5????0.5????四重Heusler合金的费米能级位于自旋向下电子的带隙内,使其自旋极化率为100 % ,表现出了理想的半金属性质。第四章简要的对本文进行了总结。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 密度泛函理论方法和应用  9-27
  1.1 多粒子体系的Schrodinger方程  9-10
  1.2 原子体系的Hartree方程  10-12
    1.2.1 非相对论近似  10
    1.2.2 波恩-奥本海默近似  10-11
    1.2.3 平均力场近似  11-12
  1.3 Hartree-Fock方程  12-14
  1.4 密度泛函理论  14-19
    1.4.1 早期密度泛函计算模型—Thomas-Fermi模型  14-15
    1.4.2 Hohenberg-Kohn定理  15
    1.4.3 Kohn-Sham 方程  15-17
    1.4.4 交换-相关作用的近似处理方法  17-19
  1.5 Kohn-Sham 方程的解法  19
  1.6 赝势  19-23
    1.6.1 赝势的基本思想  19-20
    1.6.2 正交平面波方法(OPW)  20-22
    1.6.3 模守恒赝势  22-23
    1.6.4 超软赝势  23
    1.6.5 投影缀加波方法产生的赝势  23
  1.7 计算软件介绍  23-27
    1.7.1 VASP  23-24
    1.7.2 CPMD  24
    1.7.3 Gaussian  24
    1.7.4 WIEN2K  24
    1.7.5 Material Studio（MS）  24-25
    1.7.6 ADF  25
    1.7.7 PWSCF  25
    1.7.8 Octopus  25
    1.7.9 ABINIT  25-27
第2章 NO分子在铁磁性金属表面的吸附性质和电子自旋极化  27-37
  2.1 背景介绍  27
  2.2 理论计算方法  27-28
  2.3 主要结果和相关讨论  28-35
    2.3.1 吸附体系的几何构型  28-30
    2.3.2 吸附体系的磁矩变化  30-31
    2.3.3 吸附体系的态密度（DOS）  31-33
    2.3.4 吸附体系中电子的贡献和反贡献过程  33-35
  2.4 本章结论  35-37
第3章 Heusler合金的半金属性及掺杂效应研究  37-49
  3.1 背景介绍  37-38
  3.2 计算方法  38
  3.3 Co_2MnSn Heusler 合金的性质  38-41
  3.4 Fe 掺杂的Co_2MnSn Heusler 合金的性质  41-46
  3.5 本章小结  46-49
第4章 总结  49-51
参考文献  51-54
致谢  54-55
在读期间发表的学术论文与参加的学术会议  55

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 凝聚态物理学
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