层状3d^(2)体系VI_(3)的晶体结构和电子态

作为一种层状3d2磁性材料,VI3具有竞争的晶体结构和复杂的电子态,受到了人们的广泛关注.本文基于第一性原理对C2/m,C2/c,R¯3和P¯31c四种晶相VI3的块体和单层进行系统研究,并结合最大局域化Wannier函数分析了局域坐标系下的单层电子结构.结果表明块体VI3基态是C2/c结构的半导体,但在高对称结构中容易出现亚稳的半金属态.分析显示,半金属态中费米能级穿过V-t2g轨道,而在半导体态中I-pπ和V-t2g相互作用形成了占据的成键和空的反键轨道,导致体系能量降低和能隙出现.进一步的on-site能量分析发现t2g轨道在半金属态中近似三重简并,而在半导体态中则分成近似双重简并态及单态二组轨道,同时低对称性结构中轨道简并性减弱,导致更易出现半导体态.本文工作力图澄清VI3晶体结构和电子态的争议,为下一步研究提供参考.