MgH2和A1H3掺杂过渡金属的结构与磁性的第一性原理研究

摘要

为了研究过渡金属掺杂对氢化物铁磁性的影响，通过密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法进行模拟计算，以MgH2和AlH3为基本材料，用过渡金属(V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)元素替代2×1×2超晶胞中的Mg和Al原子建立掺杂模型Mg1-xMxH2(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)和Al1-xMxH3(M=V、Cr、Mn、 Fe、Co和Ni)，并计算模型的自旋极化的磁性、能带分布和态密度能量关系等性质。主要的研究内容及结果如下:
　　(1)过渡金属M(M=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)—H间的相互作用明显增强，造成Mg—H间强烈的离子键和部分共价键相互作用随着过渡金属的掺杂而被削弱。在过渡金属V、Cr、Mn、Co掺杂体系的掺杂原子附近以及Ni掺杂体系的Ni和H原子附近存在磁矩;而Fe掺杂的体系中仍然不具有磁性。净磁矩主要来源于过渡金属的d轨道以及少量的Mg的p轨道。过渡金属M(M=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)掺杂的MgH2体系都具有半导体性，而Mn、Co、Ni掺杂的体系同时还具有半金属性。
　　(2)过渡金属M(M=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)—H间的相互作用明显增强，造成Al—H间强烈的离子键和部分共价键相互作用随着过渡金属的掺杂而被削弱。在过渡金属V、Cr、Mn、Fe掺杂的体系中过渡金属原子附近有磁矩;而Co、Ni掺杂的体系中仍然不具有磁性。净磁矩主要来源于过渡金属的d轨道以及少量的p轨道。过渡金属M(M=V、Cr、Mn、Fe)掺杂的AlH3体系都具有半导体性，而Mn、Fe掺杂的体系同时还具有半金属性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 计算材料学概述

1．2 自旋电子学

第二章 计算理论基础概述

2．1 第一性原理计算方法

2．2 密度泛函理论

2．2．1 密度泛函理论概述

2．2．2 绝热近似

2．2．3 哈特利-福克近似

2．2．4 霍恩伯格-科恩Hohernberg-Kohn定理

2．2．5 科恩-沙姆Kohn-Sham近似

2．2．6 交换关联能Exc

2．3．平面波赝势近似方法

2．3．1 模守恒赝势

2．3．2 超软赝势

第三章 过渡金属掺杂MgH2的结构和磁性的第一性原理研究

3．1 研究背景——金属氢化物MgH2

3．2 计算方法和细节

3．3 MgH2结构的稳定性

3．4 掺杂后的体系Mg1-xMxH2(M=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)的磁性分析

3．5 本章小结

第四章 过渡金属掺杂AlH3的结构和磁性的第一性原理研究

4．1 研究背景——金属氢化物AlH3

4．2 计算方法和细节

4．3 AlH3结构的稳定性

4．4 掺杂后的体系Al1-xMxH3(M=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)的磁性分析

4．5 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

硕士期间成果