Mn掺杂锶铁氧体SrFe₁₂O₁₉电子结构及磁性的第一性原理研究

王中^1,2，查显弧²，吴泽¹，黄庆²，都时禹²

1. 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院2. 中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室

摘 要：为了揭示掺杂离子对具有磁铅石构型的锶铁氧体材料磁性能的影响,本研究探讨了锶铁氧体及其锰掺杂体系的稳定构型及其磁结构。研究结果表明,锶铁氧体为亚铁磁性,与前期的研究结果相吻合。通过比较GGA和GGA+U计算方法,发现U值的选取对体系的电子结构和原子磁矩有显著影响。当U值为3.7eV时,体系由金属性转变为自旋向上带隙为1.71 eV的半导体。原胞总磁矩为40μB。对于Mn替换掺杂的Sr Fe12–xMnxO19体系,通过不同占据位能量比较,当单个Mn原子替换（x=0.5）时, Mn离子优先占据Fe（12k）位置;而当两个Mn原子替换Fe原子（x=1.0）时,两个Mn分别占据Fe（12k）和Fe（2a）位置。Mn掺杂对锶铁氧体的结构影响较小,但对于体系的总磁矩和电子结构有较明显的影响。在Mn含量x=0.5和x=1.0时,自旋向上带隙值分别降低到0.85和0.59 eV,原胞的总磁矩为39和38μB。本研究可为实验研究提供理论指导。

关键词：锶铁氧体;Mn掺杂;第一性原理;电子结构;磁矩;