铁磁态Co基层状氧化物Ca2Co2O5电子状态的研究

采用平面波超软赝势法研究了低自旋状态Co基典型层状氧化物Ca_2Co_2O_5的电子结构。结果表明,层状Co基氧化物Ca_2Co_2O_5呈金属型能带结构,具有明显的各向异性,能带中含有5个子能带,其中费米能附近的能带数量较多,呈较宽的带状分布。自旋向上的电子形成半导体型能带,带隙宽度为0. 37 e V,自旋向下的电子形成金属型能带。系统内部的电子对态密度贡献程度依s,p,d依次增大。Ca的电子形成的态密度对费米能附近的值贡献非常小,Co的d态电子对两层态密度贡献较大,其对系统电性能起着重要作用,且系统Co-O之间存在着较强的相互作用。Ca-Co-O层中的各态电子对态密度的贡献大于Co-O层中的各态电子对态密度的贡献。

UGe2在铁磁态下费米面

近些年发现UGe2在一定压强和温度下铁磁态与超导态共存,因为以前传统理论认为铁磁态与超导态之间是竞争关系,所以共存的可能性很小.这引起了人们的极大兴趣.由于超导凝聚电子对一般只发生在费米面附近,费米面的图像的研究,对于这个问题的研究有很重要的意义.本文重点介绍,材料UGe2在铁磁态下费米面的变化.

由反铁磁态而引起的超导电性

在空位浓度足够低时,文献[14]已经证明了这些空位在反铁磁态背景下服从Bose统计,而高温超导电性是由这些空位凝聚而致。在此基础上,我们计算了高温超导系统Y-Ba-Cu-O和La-Sr-Cu-O的一些物理量,结果与实验定性相符。

反铁磁状态层状Co基复合氧化物Ca2Co2O5电子学性质的研究

基于密度泛函理论方法分析研究了一种低自旋反铁磁状态Co基层状复合氧化物Ca2Co2O5的电子学性质。结果表明,其能带中均包括5个子带,其中费米能级附近的能带中的能级数量较多,具有较宽的分布。向上自旋的电子形成半导体型能带,带宽为0.0112 eV,向下自旋的电子形成金属型能带。在费米能级附近,s、p、d电子对其态密度的贡献程度逐渐提高。CaCoO层对总态密度贡献较大,CoO层对总态密度贡献较小。Ca中电子主要在远离费米能的位置形成能带,Co中电子主要在费米能附近形成能带,O中电子主要在-19 eV和费米能形成能带,Co d电子和O p电子贡献这种反铁磁状态层状Co基复合氧化物Ca2Co2O5的电子学性质。

铁磁性双态自旋系统配分函数的可近似性

双态自旋系统是统计物理学在处理互作用粒子系统时所建立的简化模型,计算该系统的配分函数(partition function)在统计物理及计算机科学中均有重要意义。对于一般的系统,配分函数的精确计算已被证明是#P难的,但其是否能被高效地近似计算一直是理论计算机科学关注的问题。近年来,这一领域取得了较大的突破。研究者建立了配分函数的可近似性与该物理系统相变的联系,并且在很大的参数范围内理解了可近似性。文中对铁磁性双态自旋系统配分函数的可近似性研究进行了综述,介绍了目前针对该问题设计近似算法的三类技巧的主要思想,并把这些算法的结果与该问题在不可近似方面的结果进行了比较。

Nd_(1-x)Ca_xMnO_3中A位替代导致的铁磁性及磁化强度跳变

研究多晶Nd1-xCax-δBaaMnO3(x=0．5,0．45)中,大尺寸Ba2+对Ca2+的替代可在样品中导致铁磁基态以及低温下阶梯状的磁化强度跳变．结果表明,因Ba2+的“反畸变效应”,样品中的铁磁百分比随Ba替代量的增加迅速增大,当δ为0．03-0．04时达到一极大值,然后随Ba替代量的增加而减小,这是由于此时对铁磁不利的A位阳离子间的尺寸失配占了优势．对相同的Ba替代量,高Nd(x=0．45)体系中的铁磁含量总是比低Nd(x=0．5)体系中的大很多．当增加磁场时,前一体系磁化强度的增加比后一体系迅速得多,在5．5 T磁场下其磁化强度极大值要显著大于后一体系的相应值,前一体系出现阶梯状跳变的临界磁场要小于后一体系．指出上述结果是由于Nd0.55Ca0.45MnO3中的电荷轨道序比Nd0.5Ca0.5MnO3较弱造成的．奇异的磁化强度跳变用建立在相分离基础上的类马氏体相变模型得到了较合理解释．

纯有机聚合物铁磁体模型的数值模拟研究

本文用一个理论模型描述共轭有机铁磁体,考虑π电子的巡游性和电子———电子关联作用,在平均场理论和Hartree-Fock近似下,建立了一组自洽方程计算π电子能级结构。结果显示能级相对自旋是分裂的,系统基态是一个稳定的铁磁态。

Klein边界诱导的zigzag石墨带新性质：铁磁性、单原予吸附及边界重构

基于第一性原理计算，研究了Klein型石墨带的电子结构和磁性质，结果表明，相比zigzag边界诱导的反铁磁边缘态，Klein边界诱导表现为铁磁边缘态，在Klein型石墨带中，Lieb定理不再适用。Klein边界上的碳原子不应被看成是隶属于A或B点阵的体原子，而应看成是zigzag边界上吸附的碳原子。zigzag边界上吸附的单个碳原子能破坏它附近的边缘态，直到zigzag短链的长度达到五倍品格常数时，边缘态才能恢复。Klein边界会导致复杂的边缘重构。

Cr掺杂纤锌矿GaN的磁性和光学性质

采用自旋极化密度泛函理论方法,对Cr掺杂纤锌矿GaN的能带结构和态密度进行计算,通过计算的能带结构和光学线性响应函数,系统讨论了Cr掺杂对纤锌矿GaN电子结构、磁学和光学属性的影响。计算结果显示:Cr掺杂纤锌矿GaN的反铁磁态具有半金属特征,铁磁态具有金属特性和磁性,磁矩主要源于费米能级附近的Cr 3d和N 2p能带发生劈裂导致自旋向上和自旋向下的电子的态密度不同所致。光学性质计算结果显示,Cr掺杂纤锌矿GaN的费米能级附近出现极大的介电峰,具有优异的发光性能,峰值对应于紫外波段,在高能区吸收峰发生了红移现象,在低能区红外波吸收增强。理论计算表明,Cr掺杂纤锌矿GaN可能是一种性能优异的磁光材料。

Pr_(0.5)Ca_(0.5)MnO_3中A位La^(3+)替代导致磁化强度跳变

用大尺寸La3+部分替代Pa3+,制备出多晶体系Pr0.5-xLaxCa0.5MnO3,研究该体系的磁学性质.对样品进行磁化强度测量,低温下(2.5K)由反铁磁向铁磁转变时呈现出阶梯状跳变.随着替代量x值增加,出现第一个阶梯状跳变的临界磁场逐渐减小,样品的磁化强度逐渐增大.与Ba2+或Sr2+对A位Ca2+的替代结果相比可知,在导致磁化强度阶梯状跳变和场致铁磁性的能力上,Ba2+替代的能力大于Sr2+,Sr2+的能力大于La3+.利用建立在相分离基础上的类马氏体相变模型,上述实验结果可得到较合理的解释.

掺杂浓度对稀磁性半导体(Ga,Fe)As的晶格常数及磁性质的影响

运用第一性原理下的LMTO ASA方法计算了稀磁半导体Ga1-xFexAs(x=1,1/4,1/8)在不同磁状态下的总能量,由能量最低原理我们得到其相应的晶格常数及磁状态.

Nd_(0.5)Sr_(0.4)Pb_(0.1)Mn_(1-x)FexO_3氧化物的结构和电磁特性研究

对Nd0.5Sr0.4Pb0.1Mn1-xFexO3系列多晶样品的结构和电磁特性进行了实验研究,并用双交换模型对实验结果作了解释.在x=0.00～0.08范围内获得了单相样品,Fe3+的替代没有引起整个系列样品的结构变化,空间群为Pbnm,但Fe的掺杂强烈地抑制了双交换作用.当x≤0.06时,随着温度从5K升高到325K,样品经历了铁磁金属态向顺磁半导态的转变.当x≥0.08时,铁磁态完全消失过渡为绝缘态.

磁性颗粒静磁相互作用对磁反转影响的研究

建立了二维磁性颗粒膜系统的物理模型,应用能量最小原理计算了磁性颗粒的平均磁矩,讨论了系统的铁磁序及反铁磁态(AFM)、铁磁态(FM)和顺磁态(PM)存在的范围和由AFM向FM转变的条件.研究表明:对于磁性颗粒浓度较小(v/a3≈0.05)的纳米级的铁磁颗粒膜系统,其临界温度Tc≈200K.而当在T<Tc且J2l-1=2γ2时,发生由AFM向FM态的相转变;当T>Tc且J2l-1=2γ2T/Tc时,发生FM向PM的相转变;当T=Tc且J2l-1≤2γ2时,发生由AFM态向PM态的转变.这一性质在低温传感器研究领域具有重要的现实意义.

Bi_2Fe_4O_9单晶纳米片的磁性研究

采用温和的水热合成法,在高浓度矿化剂（Na OH）存在的情况下成功制备出厚度仅约为13 nm左右的单晶Bi2Fe4O9纳米片,利用低温振动样品磁强计（VSM）和变温电子自旋共振（ESR）对所制备的单晶Bi2Fe4O9纳米片的磁学性质进行了详细的表征,研究结果表明：在温度低于250K时,单晶Bi2Fe4O9纳米片出现了反常的铁磁态,这可能是由于纳米片的尺寸和形状效应导致其Fe-O-Fe超交换作用的扭曲或磁性亚晶格的倾斜所致;同时,纳米片存在大量的未补偿表面自旋,在整个测试温度（110~300 K）之间,均存在另一个铁磁有序态,以上结果表明ESR是一种探测磁性的非常灵敏的探测技术,尤其是对弱磁性材料体系。

锰对铁基合金磁特性的影响

用穆斯堡尔谱对比 X射线衍射和磁矩测量法研究 5种铁基合金 Fe6 0 Ni4 0 - x Mnx( x=0 ,5 ,1 0 )和 Fe6 0 Ni35- x Mnx Co5( x=5 ,1 0 )中 Mn含量对合金磁特性的影响 .结果表明 ,随着 Mn含量的增加 ,超精细场分布向低场转移 ,磁态也由铁磁态向反铁磁态转变 ,得到了平均超精细场 Hhf、磁化强度 M及相关 Mossbauer参数随合金试样平均电子浓度的变化关系 .

Mn95Ni5Fe100P77Ge23化合物的结构与磁性

利用高能球磨法和粉末烧结技术制备Mn95Ni5Fe100P77Ge23化合物。利用X射线衍射仪测量该化合物的X射线衍射花样,测量结果表明该化合物为Fe2P型六角结构,空间群为P-62m。变温X射线衍射花样分析表明该化合物的相转变温度在280K左右。通过测量该化合物在0.05T磁场下的变温磁化强度,得出其居里温度为284K。测量Mn95Ni5Fe100P77Ge23化合物在居里温度附近的等温磁化曲线,发现在居里温度以上出现了明显的由磁场增大引起的变磁转变现象。

铁磁超导态/绝缘层/自旋三重态p波超导体结的直流Josephson电流

由Bogoliubov-deGennes方程得到铁磁超导共存态(FS)的自洽方程,利用推广的Furusaki-Tsukada的电流公式计算了铁磁超导态/绝缘层/自旋三重态p波超导体(FS/I/p)结的直流Josephson电流随结的温度、相位差以及FS中磁交换能、结界面的势垒散射强度的变化关系.研究表明:FS中磁交换能、结界面的势垒散射均抑制FS/I/p结的直流Josephson电流.当自旋三重态超导体具有px波配对势时,自旋三重态超导体结的直流Josephson电流随结两侧相位差的振荡周期是π.

具有大磁晶各向异性能的单层BaPb的室温量子反常霍尔效应

具有巨大应用潜力的二维材料在纳米技术领域引起了人们极大的研究兴趣.基于第一性原理计算,本文预测了二维六角晶格BaPb体系具有室温量子反常霍尔效应.体系磁基态是铁磁半金属态,并且自旋极化的Pb-p轨道导致体系的时间反演对称性破缺.具有非零Chern数(C=1)的单层BaPb中非平庸拓扑性来源于全自旋极化的p_(x,y)轨道形成的二次型非狄拉克能带.不同于之前报道的pz轨道形成的狄拉克拓扑态很容易被衬底破坏,p_(x,y)轨道形成的σ键非常稳定.当考虑自旋-轨道耦合作用时,二次型的非狄拉克点打开了接近177.39 meV的非平庸带隙.通过反常霍尔电导、陈数、贝里曲率和边缘态的计算,证实了BaPb非平庸的拓扑性.此外,体系还表现出每个单元52.01 meV的大磁晶各向异性能.

超导材料中发现新量子临界性

物理学家组织网报道称,利用固态核磁共振(ssNMR)技术,美国能源部艾姆斯实验室科学家在超导材料中发现一种新的量子临界性,有助于更好理解磁性与非常规超导性之间的联系。大多数铁—砷超导体都显示出磁性和结构(也被称为向列)转变,但这种转变在超导状态中起什么作用,让科学家很费解。此次,艾姆斯实验室制造的包含钙、钾、铁和砷以及少量镍的CaK(Fe1-xNix)4As4化合物,呈现出被称为刺猬自旋新磁态——无向列跃迁的晶体反铁磁态。

N型稀磁半导体Ge_(0.96–x) Bi_xFe_(0.04)Te薄膜的磁电性质研究

GeTe基稀磁半导体材料因具有可独立调控载流子浓度和磁性离子浓度的特性而受到广泛关注.本文利用脉冲激光沉积技术制备了该体系的单晶外延薄膜,并通过高价态Bi元素部分取代Ge元素的方法实现了材料中载流子类型从空穴向电子的转变,即制备出N型GeTe基稀磁半导体.测量结果表明,无论是室温还是低温下的Hall电阻曲线皆呈现负斜率,说明体系中载流子是电子;并且当Bi掺杂量达到32%时,电子浓度为10^(21)/cm^3.变温输运性质的测量证明体系的输运行为呈现半导体特征.通过测量低温10 K下的绝热磁化曲线,在高Bi掺杂体系中观测到了明显的铁磁行为,而低于32%Bi掺杂量的体系中未观察到.这一结果说明,高掺杂Bi的替代导致载流子浓度的增加,促进了载流子传递Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida相互作用,使得分散的Fe-Fe之间产生磁耦合作用,进而形成铁磁有序态.