金红石结构超晶格第一原理计算.pdf

摘要 摘要 近年来，基于密度泛函理论的第一性原理(Frist—principle或abinitio) 计算方法已经成为科学研究的重要手段。特别是近半个世纪高速计算机的发展和 应用，第一原理计算方法已经成为研究和开发新材料的一种重要的方法。 过渡金属氧化物以其特殊的物理性质，在很多领域都有重要的应用价值。上 个世纪开始，科学工作者们就对具有金红石结构的过渡金属氧化物二氧化铬 (CrO。)、二氧化钛(Ti 入细致的研究，并且有许多相关的研究报道n捌。这类氧化物已经在工业中得到 广泛的应用。近年来，随着技术不断提高，原子层可控生长在实验上已经可以通 过外延技术实现。有相同结构的Cr0。，TiO。和VO。晶格失配在4％以内，这意味着 在一定的条件下可以得到CrO。／TiO：和Cr02／VO。的异质超晶格结构。考虑到纳米 系统的复杂性，运用第一性原理计算方法研究和探索其性质，具有重要的意义。 本文运用第一性原理计算方法系统研究了下列四种情况：1、以CrO：晶格常 数作为原胞基矢沿(001)方向构建超晶格，该超晶格中的Cr层和Ti层以一定 为原胞基矢沿(001)方向构建超晶格，该超晶格中的Cr层和V层以一定比例沿 方向构建超晶格，该超晶格中的V层和cr层以一定比例沿(001)方向有序排列， 优化，固定a,b轴的值，改变c轴值的大小，发现大部分超晶格的c轴没有明显 的收缩和伸展。除了Ⅳ02)2／(Cr02)2超晶格，这四类超晶格都具有铁磁半金属性 摘要 质。超晶格中每个cr原子贡献2№的磁矩，每个Ti原子的磁矩为0p,a，每个V 原子贡献1№的磁矩，这个值并不随着Cr、Ti、V层所占比例变化而变化。对于 向下带隙相差不大，且当Ti原子层一定时，随着Cr原子层的增加，带隙会逐渐 方向移动。 ABSTRACT calculationbasedon functionalbecomes density theory a means Recently,first-principle popular ofscientificresearch calculationbecame methodof now．Particularly,first—principleimportant and new materialswiththe of researchingdesigningtype applicationhigh—speedcomputers． Transitionmetaloxideshavemomentous valuebecauseofthe application specialphysical chromium properties．scientists dioxide(Cr02)，titanium investigated dioxide(V02)，rubidiumdioxide(Ru02)，iridiumdioxide(h02)，zirconium in and whichhavethesame dioxide(Sn02)，manganesedioxide(Mn02)boththeoryexpedment rutilestructurefromthelast areanumberofrelevant l(indof oxides century．There reports．This a