自旋-Peierls化合物GeCuO3电子结构的第一性原理研究

采用平面波赝势方法对自旋-Peierls化合物GeCuO3的电子结构进行了第一性原理研究.计算结果表明:Cu2+的3d轨道自由度被冻结,未配对电子填充dx2-y2轨道.自旋向上和向下的dx2-y2轨道间的交换劈裂导致了体系的绝缘性.费米能级附近的Cu3d态与O(2)2p态存在很强的杂化作用,GeCuO3属于共价绝缘体.这种强共价性使得Cu2+的自旋磁矩偏离理想值,并且使得体系在Cu—O(2)—Cu键角接近90°情况下形成稳定的一维反铁磁(AFM)有序.计算得到GeCuO3不同自旋态的总能量,采用Noodleman的对称性破缺方法拟合出的自旋交换耦合常数表明GeCuO3沿c轴的一维AFM作用非常强,这是导致该体系在低温发生自旋-Peierls相变的根本原因.