γ-Fe₂O₃（磁赤铁矿）中空位有序化与电子结构：一项理论研究

氧化铁γ-Fe₂O₃的晶体结构通常被报道为具有部分Fe空位无序的立方晶系（空间群P4332），或具有完全位点有序且c/a≈3的四方晶系（空间群P41212）。通过使用立方结构的一个超胞，我们获得了所有对部分无序的P4332立方结构有贡献的有序构型的能量谱。我们的结果表明，空间群为P41212的构型确实比其他构型稳定得多，并且这种稳定性源于有利的静电贡献，因为该构型在铁阳离子和空位的分布上表现出最大可能的均匀性。因此，磁赤铁矿在平衡状态下预计是完全有序的，与此行为的偏差应归因于亚稳态生长、扩展的反位缺陷以及小纳米颗粒情况下的表面效应。有序四方结构的确认使我们能够利用密度泛函理论（DFT）计算研究该材料的电子结构。引入Hubbard修正（DFT+U）可以计算出与实验吻合良好的带隙。带隙的值依赖于电子自旋，这是磁赤铁矿自旋过滤特性的基础。