新半金属材料CrFe2O4的电子结构

基于第一性原理,优化了含Cr的高温相尖晶石结构材料(CrxFe1-x)A(CryFe2-y)BO4的几何结构,并对它们的磁电性能进行了计算.基于配位场理论分析了CrFe2O4的电子结构及其具有半金属性的微观机制.计算表明,仅当x=1.0、y=0.0时,(CrxFe1-x)A(CryFe2-y)BO4具有半金属性.CrFe2O4是典型的亚铁磁性耦合的IIB型半金属,其分子磁矩约为5.6μB,大于Fe3O4的4.0μB.在CrFe2O4的四面体晶体场中,中心离子的电子结构可近似写为Cr+t21g0↑t23g↓;八面体晶体场中,中心离子的电子结构可近似写为Fe2+t23g↑0eg2↑t21g↓.CrFe2O4具有半金属性的原因是在配合物ML4和ML6中,中心离子与周围O配体间存在强烈的共价键作用,该作用使中心离子与O配体间形成杂化轨道,导致自旋向上子带被撕裂,进一步使费米面正好处于自旋向上子带带隙中.