基于密度泛函理论方法的δ相Pu 5f状态电子结构计算

摘要

为了描述δ-Pu中5f电子的定域/离域状态,获得准确的5f电子布居数,本文采用多种密度泛函理论方法对5fn(n=0-7)电子构型进行了第一性原理计算.研究结果表明,自旋极化效应明显降低各个电子构型的内聚能,增强其内聚性质.对于5f0、5f1、5f3、5f4、5f6电子构型,当晶格常数超过0.475 nm时,自旋极化局域密度近似(SP-LDA)+U方法计算获得的内聚能明显低于SP-LDA方法除了5f4和5f6电子构型以外,自旋极化广义梯度近似(SP-GGA)+U方法计算获得的内聚能明显低于SP-GGA方法,当晶格参数超过0.570 nm时,SP-GGA+U和SP-LDA方法计算的内聚能趋向于重合.对于SP-LDA+U方法,5f0、5f1、5f3、5f4和5f6电子构型的内聚能是相同的,5f2、5f5和5f7电子构型的内聚能是相同的.对于SP-GGA+U方法,5f0、5f1、5f2、5f3、5f5和5f7电子构型的内聚能是相同的,5f4和5f6电子构型的内聚能趋向于重合.5f投影态密度表明自旋极化效应导致5f轨道产生交换劈裂行为,部分5f状态从Fermi能级上消失,降低5f状态对化学成键过程的贡献,增加了平衡体积,即强烈的自旋极化效应导致5f电子的“部分定域化”.SP-GGA+U方法明显高估了晶格常数,而SP-LDA方法计算获得的晶格常数与实验值相当一致.