بخشی از مقاله
چکیده
ترکیب Sr2FeMnO6 یکی از ساختارهای پروسکایتهای مضاعف است. در این مقاله با استفاده از کد اسپرسو و بر پایه نظریه تابعی چگالی خواص ساختاری و الکترونی این ترکیب را برای حالتهای فرو مغناطیس، آنتی فرو مغناطیس و غیر مغناطیس مورد بررسی قرار دادیم. همچنین پتانسیل تبادلی همبستگی، با تقریب شیب تعمیم یافته - GGA - محاسبه شده است. از بین فازهای ممکن Sr2FeMnO6 ساختار مکعبی مغناطیسی به عنوان فاز پایدار شناسایی شد. سپس خواص الکترونی آن با بررسی چگالی حالتهای جزئی و کلی مورد مطالعه قرار گرفت.
مقدمه
در محدوده فیزیک ماده چگال شناخت روابط کوانتومی بین ساختار و خواص مواد گوناگون از جمله فلزات، نیمه هادیها، شیشه ها و ... از اهمیت بالایی برخوردار است. دانشمندان ماده چگال سعی بر این دارند تا با استفاده از اصول اولیهی کوانتوم بتوانند پدیدههای فیزیکی کشف شده در آزمایشگاهها را با چند قدم زودتر از حصول نتیجه از طریق تجربه، پیش بینی کنند. [1 ] در این مقاله به بررسی خواص ساختاری و الکترونی ترکیب Sr2FeMnO6 پرداخته شده است.
این پروسکایت ها اولین بار در کوههای اورال روسیه توسط گستاوروس در سال 1839 میلادی کشف و به افتخار پروسکیت معدن شناس روسی پروسکایت نام-گذاری شد.[2] فرمول شیمیایی عمومی برای ترکیبات پروسکایت ABX3 است که در آن AوB دو کاتیون با اندازهای متفاوت که کاتیونA از کاتیون B بزرگتر است و آنیون X - در اکثر مواقع اکسیژن - ، یک ساختار مکعبی متقارن ایدهال را تشکیل میدهند.[3]
از جمله این ترکیبات میتوان بهMgSiO3 اشاره کرد که در فشارهای بالا به پروسکایت متراکم تبدیل میشود.[4] ترکیبات پروسکایتهای مضاعف که با فرمول عمومی A2B B O6 نشان داده میشوند، دارای دو چیدمان منظم و نامنظم خواهند بود، اما حقیقت این است دارای ساختارقریباًت منظم میباشند که دلیل آن، این است که کاتیونهای جایگاه B و B با هم اندکی همپوشانی دارند.[5] پروسکایت ها از نظر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی از جمله ابررسانایی، خاصیت مغناطیسی، الکتریکی حائز اهمیت هستند.
ساختار Sr2FeMnO6 دارای ساختاری مشابه پروسکایتهای مضاعف است که از جمله کارهای تجربی انجام شده بر روی این ترکیب میتوان به اندازهگیری دمای کوری، دمای نیل، مطالعهی خواص الکتریکی توسط پراش پرتوی ایکس - - WRD اشاره کرد. با استفاده از همزیستی دو ترکیب پروسکایت Sr2FeMnO6 - با خاصیت فرومغناطیس - و YBa2Cu3O7- - با خاصیت ابررسانایی - لایه های چندگانهی فرومغناطیس ابررسانا را تشکیل دادند6]و.[ 7 از آنجا که تا کنون هیچ کار نظری و تعداد معدودی کار تجربی روی ترکیب Sr2FeMnO6 انجام گرفته است و به دلیل کاربردهای فراوان این ترکیب در صنعت، در کار حاضر به بررسی ساختار پایدار ترکیب مورد مطالعه ما که در شکل 1 نشان داده شده است و خواص الکترونی این ترکیب پرداختهایم و در حال حاضر نیز در حال انجام دیگر خواص الکترونی و مغناطیسی ترکیب مورد نظر هستیم. برای تعیین مکان اتمها از اطلاعات ترکیبات مشابه مانند [8] Sr2FeMoO6 بهره گرفته ایم.
مورد نظر ما مربوط به الکترونهای ظرفیت است میتوانیم در نزدیکی هستهها از شبه پتانسیل به جای پتانسیل واقعی استفاده کنیم، زیرا در نزدیک هسته به دلیل زیاد بودن الکترونها و تابع موجهای آن حجم محاسبات زیادتر میشود. در قسمت پتانسیل کوانتومی بر همکنش الکترونها نیز از تقریب GGA استفاده شده است. در کار حاضر ابتدا، مقادیر بهینهی انرژی قطع تابع موج - 60 ریدبرگ - ، انرژی قطع چگالی - 300 ریدبرگ - و تعداد نقاط k مجاز - 3×3×3 - در منطقهی اول بریلوئن را به دست آوردهایم. سپس پارامتر شبکه را بهینه کردهایم و به بررسی انرژی حالت پایه ساختار بهینه در سه حالت غیرمغناطیسی و فرومغناطیسی و آنتی فرومغناطیسی پرداختهایم و خواص الکترونی ترکیب Sr2FeMnO6 را بررسی کردیم.
محاسبات فاز پایدار
برای بدست آوردن فاز پایدار ، ابتدا از بین ساختارهای ممکن، مکعبی، هگزاگونال، اورتورمبیک و تتراگونال فاز پایدار را تعیین کردهایم. بدین خاطر با به کار بردن معادله حالت مورناگون در منحنی انرژی بر حسب حجم فاز پایدار ترکیب پروسکایت مضاعف Sr2FeMnO6 را مکعبی مغناطیسی پیش بینی کردهایم، همانطور که شکل2 نشان میدهد ساختار مکعبی از سه ساختار دیگر - هگزاگونال و اورتورمبیک و تتراگونال - پایدارتر است.
