一维过渡金属氧化物链作为 Ab Initio 计算的挑战性模型
强关联电子
2025-09-25 v2
摘要
提供挑战 ab initio 计算的强相关电子系统的高度简化模型，可以作为改进这些方法的宝贵试验场。在本研究中，我们使用密度泛函理论（DFT）、DFT+ 以及耦合簇单双激发（CCSD）计算，对一维过渡金属一氧化物链（VO、CrO、MnO、FeO、CoO 和 NiO）的结构、磁性和电子性质进行了全面研究。DFT+ 的 Hubbard 参数使用线性响应理论确定。在除 MnO 外的所有研究系统中，多个局部极小值的存在——主要归因于与 d 轨道相关的电子自由度——导致 DFT、DFT+U 和 Hartree-Fock 方法在 ab initio 计算中寻找全局极小值时面临重大挑战。我们的结果表明，当使用 DFT+ 和 PBE 时，除 CrO 外的所有链在能量上均偏好反铁磁（AFM）态。我们分析了电子能带结构，发现虽然 PBE 近似通常预测铁磁（FM）态为金属或半金属基态，但 DFT+ 方法成功打开了带隙，在所有情况下均正确预测了绝缘行为。此外，我们使用 DFT+ 和 CCSD 比较了 CrO、MnO、FeO、CoO 和 NiO 的 AFM 与 FM 态之间的能量差。我们的研究结果表明，在某些情况下 CCSD 预测的能量差大于 DFT+，这表明通过线性响应理论获得的 Hubbard 参数在用于计算不同磁态之间的能量差时可能被高估。对于 CrO，CCSD 预测了 AFM 基态，这与 DFT+ 和 PBE 方法的预测相反。
引用
@article{arxiv.2506.00187,
title = {1D Transition Metal Oxide Chains as a Challenging Model for Ab Initio Calculations},
author = {Jila Amini and Mojtaba Alaei and Stefano de Gironcoli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.00187},
year = {2025}
}