立方 GdCu 化合物电子与磁性质的第一性原理研究

利用自旋密度泛函理论研究了块体 GdCu（CsCl 型）的结构、电子与磁性质，其中高度局域化的 $4f$ 轨道在 LDA+$U$ 与 GGA+$U$ 方法内处理。使用共线以及自旋螺旋计算得到的 GdCu 磁基态表现出 C 型反铁磁构型，对应自旋螺旋传播矢量 $\mathbf{Q}=\frac{2\pi}{a}(\frac{1}{2},\frac{1}{2},0)$。有效海森堡哈密顿量的参数由自洽电子结构评估，并用于确定磁转变温度。在平均场与随机相位近似下，使用 GGA+$U$ 与 LDA+$U$ 密度泛函估算的立方 GdCu 的 N\'{e}el 温度与实验测量值吻合良好。特别地，对实验观察到的芯态 Gd $4f$ 能级在光电子能谱实验中的移动的理论理解进行了详细研究。通过采用自洽约束随机相位近似，我们确定了局域化 $4f$ 电子间有效库仑相互作用（Hubbard $U$）的强度。我们发现，相对于块体 Gd，GdCu 中 Gd-$4f$ 态在 DFT+$U$ 中的移动对晶格参数的选择敏感。使用 DFT+$U$ 方法以及 Hubbard-1 近似的 $4f$ 能级移动计算与实验结果不一致。