第一性原理研究铁磁双钙钛矿 Ca2MReO6 (M=Cr,Fe) 中 Re-t2g 分裂驱动的半导体能隙
材料科学
2015-11-11 v2
摘要
受双钙钛矿 Ca2CrReO6 和 Ca2FeReO6 表现出非金属性质且具有高达 360 K 和 522 K 的磁性居里温度这一观测结果的启发，我们在全势线性缀加平面波 (FP-LAPW) 方法框架下，利用密度泛函理论系统研究了 Ca2MReO6 (M=Cr,Fe) 的结构、电子和磁性性质。我们的全优化确认了具有 对称性的稳定基态结构。采用改进的 Becke-Johnson (mBJ) 交换势来研究电子结构。我们的 mBJ 计算显示，两者均为铁磁半导体，半导体能隙分别为 0.38 eV 和 0.05 eV，这与广义梯度近似 (GGA) 给出的错误金属相形成对比。半导体能隙的起源是由于 John-Teller 效应引起的 ReO 八面体进一步畸变，驱动三个部分占据的 Re 能带在少数自旋通道中分裂为两个全满能带和一个空能带。考虑到自旋轨道耦合 (SOC) 后，Ca2MReO6 (M=Cr,Fe) 显示出高磁晶各向异性 (MCA)，其磁易轴沿伪立方 [010] 方向，并且由于 Re 离子上强烈的 SOC 效应，每个化学式单元的总磁矩分别增加了 0.209 和 0.258。尽管能隙减小至 0.31 eV 和 0.03 eV，尽管存在 SOC 导致的 Re 相关能带展宽，半导体能隙仍然保持打开。因此，我们采用 mBJ 的 DFT 研究确立了双钙钛矿 Ca2MReO6 (M=Cr,Fe) 正确的铁磁半导体基态。这种不同于双钙钛矿 Sr2CrOsO6 的机制，有助于理解其他类似化合物的物理性质。
引用
@article{arxiv.1404.5091,
title = {Re-t2g-splitting-driven semiconductor gaps in ferrimagnetic double perovskite Ca2MReO6 (M=Cr,Fe) from first principles},
author = {Sai Gong and San-Dong Guo and Peng Chen and Bang-Gui Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1404.5091},
year = {2015}
}
备注
9 pages, 7 figures, with minor modification