La2CuO4 反铁磁能带结构的再研究

利用 Becke-3-LYP 泛函，我们对高温超导母体化合物 La2CuO4 进行了能带结构计算。在限制自旋形式体系（$\rho_\alpha = \rho_\beta$）下，R-B3LYP 能带结构与标准 LDA 能带结构吻合良好。该体系是金属性的，具有一条穿过费米面的 Cu $d_{x^2-y^2}$/O $p_\sigma$ 能带。在非限制自旋形式体系（$\rho_\alpha \neq \rho_\beta$）下，UB3LYP 能带结构给出了一种具有 2.0 eV 能隙的自旋极化反铁磁解，与实验吻合良好。该态比由 R-B3LYP 计算得到的态低 1.0 eV（每化学式单位）。限制自旋态表观能量偏高被归因于对在位库仑排斥的高估，而在非限制自旋计算中得到了修正。总能量随自旋极化的稳定化主要来源于 $d_{x^2-y^2}$ 能带的稳定化，使得反铁磁态中价带顶的本征态特征成为 Cu $d_{x^2-y^2}$/O $p_\sigma$ 与 Cu $d_{z^2}$/O' $p_z$ 的强混合。由于 Hohenberg-Kohn 定理要求对于精确泛函，限制自旋和非限制自旋计算给出完全相同的基态能量和总密度，这一巨大的能量差异反映了当前泛函在描述铜氧化物方面的不足。这对使用基于当前限制自旋密度泛函（包括 LDA）的能带结构作为这些材料超导单带理论依据的做法提出了质疑。