新半金属材料 CrFe2O4 的电子结构

摘要

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.基十配位场理论分析了 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 (CrvFe2-y)BO4具有半金属性.CrFe2O4 是典型的亚铁磁性耦合的IIB 监理工程型半金属,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+t12gt32g↓; 八面体晶体场中,中心离子的电子结构可近似写为 Fe2+t32g↓e2e↓t12g↓.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,进一步使费米面止好处于自旋向上子带带隙中.