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强关联效应下非磁性元素Ir掺杂的SmFeAsO电子结构理论研究

潘敏 黄整 赵勇

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强关联效应下非磁性元素Ir掺杂的SmFeAsO电子结构理论研究

潘敏, 黄整, 赵勇

Study on the electronic structures of Iridium-doped SmOFeAs under the strongly correlated electrons effects

Pan Min, Huang Zheng, Zhao Yong
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  • 基于密度泛函理论, 采用广义梯度近似方法 (SGGA+U) 计算分析了SmOFeAs电子结构以及 Ir 掺杂对该体系晶体结构和电子结构的影响. 结果表明, 随着Ir的掺杂, SmOFeAs晶体结构中FeAs层与SmO层之间的耦合增强, 晶体内部所含的铁砷四面体随着Ir掺杂其畸变性程度逐步减小. Fe3d以及As4p杂化轨道对体系电子结构起主要影响作用. Ir掺杂所引入的电子使FeAs层的巡游电子增多、Fe3d轨道中的 dz2轨道离域性增强. 当Ir掺杂量为20%时, 费米面处于电子态密度峰值附近, 费米面急剧变化使该体系的Tc值有所增高, 反映了体系费米能级移动与其超导电性的密切关联性. 计算的电子态密度与XPS所得价带谱实验结果一致, 进一步验证了采用SGGA+U方法其包含修正d轨道局域电子的库仑势, 使得计算结果与实验结果更加接近.
    Based on the consideration of strong correlation of electrons, we have used density functional theory generalized gradient approximation method SGGA+U to calculate SmFeAsO and Ir doping effects on the lattices and electronic properties. It is found that iridium doping at the Fe site enhances the interaction between FeAs and SmO layers and results in a modification of the FeAs4 tetrahedron. The electronic density of states (DOS) of SmOFe1-xIrxAs is studied by comparing the calculations with the X-ray photoemission spectroscopy experiments (XPS). It is revealed that the Fe 3d and As 4p hybridization orbits dominate the electric properties for SmOFe1-xIrxAs. Ir doping makes the five orbitals of Fe3d all filled. Superconductivity is sensitive to the peak position shifting away from Fermi level. Our VASP SGGA+U calculation provides a better agreement with the experimental results when we use an on-site coulomb energy of U on Fe 3d shell, which is sharply contrasted to the GGA process.
    • 基金项目: 国家磁约束核聚变能研究专项项目 (批准号: 2011GB112001)、国际合作项目 (批准号: 2013DFA51050)、中央高校基本科研业务费资助项目 (批准号: SWJTU12CX019, 2682013ZT16, SWJTU11ZT31, 2682013CX004) 和国家自然科学基金 (批准号: 51271155)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Magnetic Confinement Fusion Science Program, China (Grant No. 2011GB112001), the Program of International S&T Cooperation (Grant No. 2013DFA51050), the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China (Grant Nos. SWJTU12CX019, 2682013ZT16, SWJTU11ZT31, 2682013CX004), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51271155).
    [1]

    Wen H H, Mu G, Fang L, Yang H, Zhu X Y 2008 Europhys. Lett. 82 17009

    [2]

    Chen G F, Li Z, Wu D, Li G, Hu W Z, Dong J, Zheng P, Luo J L, Wang N L 2008 Phys. Rev. Lett. 100 247002

    [3]

    Ren Z A, Yang J, Lu W, Yi W, Che G C, Dong X L, Sun L L, Zhao Z X 2008 Materials Research Innovations. 12 105

    [4]

    Ren Z A, Yang J, Lu W, Yi W, Shen X L, Li Z C, Che G C, Dong X L, Sun L L, Zhou F, Zhao Z X 2008 Europhys. Lett. 82 57002

    [5]

    Chen X H, Wu T, Wu G, Liu R H, Chen H, Fang D F 2008 Nature 453 761

    [6]

    Kadowaki K, Goya T, Mochiji T, Chong S V 2009 J. Phys.: Conf. Ser. 150 052088

    [7]

    Athena S, Sefat, Ashfia H, Michael A McGuire, Jin R Y, Sales B C, Mandrus D 2008 Phys. Rev. B 78 104505

    [8]

    Sefat A S, McGuire M A, Jin R Y, Sales B C, Mandrus D 2008 Phys. Rev. Lett. 101 117004

    [9]

    Zhang J H, Ma B, Liu S, Liu M 2006 Acta Phys. Sin. 55 4816 (in Chinese) [张加宏, 马荣, 刘甦, 刘楣 2006 物理学报 55 4816]

    [10]

    Ma R, Zhang J H, Du J L, Liu S, Liu M 2006 Acta Phys. Sin. 55 6580 (in Chinese) [马荣, 张加宏, 杜锦丽, 刘甦, 刘楣 2006 物理学报 55 6580]

    [11]

    Liu S, Li B, Wang W, Wang J, Liu M 2010 Acta Phys. Sin. 59 4245 (in Chinese) [刘甦, 李斌, 王玮, 汪军, 刘楣 2010 物理学报 59 4245]

    [12]

    Lebegue 2007 Phys. Rev. B 75 035110

    [13]

    Giovannetti G, Kumar S, Brink J D 2008 Physica B 403 3653

    [14]

    Li B, Xing Z W, Liu M 2011 Acta Phys. Sin. 60 077402 (in Chinese) [李斌, 邢钟文, 刘楣 2011 物理学报 60 077402]

    [15]

    Li Z C, Lu W, Dong X L, Zhou F, Zhao Z X 2010 Chin. Phys. B 19 026103

    [16]

    Chen Y L, Cheng C H, Cui Y J, Zhang H, Zhang Y, Yang Y, Zhao Y 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 10338

    [17]

    Kresse G, Furthmuller 1996 J. Phys. Rev. B 54 169 Kresse G, Furthmuller 1996 J. comput. Mater. Sci. 6 15

    [18]

    Anisimov V I, Zaanen J, Anderson O K 1991 Phys. Rev. B 44 943

    [19]

    Dong J, Zhang H J, Xu G, Li Z, Li G, Hu W Z, Wu D, Chen G F, Dai X, Luo J L, Fang Z, Wang N L 2008 EPL. 83 27006

    [20]

    Kamihara Y, Watanabe T, Hirano M, Hosono H 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 3296

    [21]

    Kamihara Y, Hiramatsu H, Hirano M, Kawamura R, Yanagi H, Kamiya T 2006 J. Am. Chem. Soc. 128 10012

  • [1]

    Wen H H, Mu G, Fang L, Yang H, Zhu X Y 2008 Europhys. Lett. 82 17009

    [2]

    Chen G F, Li Z, Wu D, Li G, Hu W Z, Dong J, Zheng P, Luo J L, Wang N L 2008 Phys. Rev. Lett. 100 247002

    [3]

    Ren Z A, Yang J, Lu W, Yi W, Che G C, Dong X L, Sun L L, Zhao Z X 2008 Materials Research Innovations. 12 105

    [4]

    Ren Z A, Yang J, Lu W, Yi W, Shen X L, Li Z C, Che G C, Dong X L, Sun L L, Zhou F, Zhao Z X 2008 Europhys. Lett. 82 57002

    [5]

    Chen X H, Wu T, Wu G, Liu R H, Chen H, Fang D F 2008 Nature 453 761

    [6]

    Kadowaki K, Goya T, Mochiji T, Chong S V 2009 J. Phys.: Conf. Ser. 150 052088

    [7]

    Athena S, Sefat, Ashfia H, Michael A McGuire, Jin R Y, Sales B C, Mandrus D 2008 Phys. Rev. B 78 104505

    [8]

    Sefat A S, McGuire M A, Jin R Y, Sales B C, Mandrus D 2008 Phys. Rev. Lett. 101 117004

    [9]

    Zhang J H, Ma B, Liu S, Liu M 2006 Acta Phys. Sin. 55 4816 (in Chinese) [张加宏, 马荣, 刘甦, 刘楣 2006 物理学报 55 4816]

    [10]

    Ma R, Zhang J H, Du J L, Liu S, Liu M 2006 Acta Phys. Sin. 55 6580 (in Chinese) [马荣, 张加宏, 杜锦丽, 刘甦, 刘楣 2006 物理学报 55 6580]

    [11]

    Liu S, Li B, Wang W, Wang J, Liu M 2010 Acta Phys. Sin. 59 4245 (in Chinese) [刘甦, 李斌, 王玮, 汪军, 刘楣 2010 物理学报 59 4245]

    [12]

    Lebegue 2007 Phys. Rev. B 75 035110

    [13]

    Giovannetti G, Kumar S, Brink J D 2008 Physica B 403 3653

    [14]

    Li B, Xing Z W, Liu M 2011 Acta Phys. Sin. 60 077402 (in Chinese) [李斌, 邢钟文, 刘楣 2011 物理学报 60 077402]

    [15]

    Li Z C, Lu W, Dong X L, Zhou F, Zhao Z X 2010 Chin. Phys. B 19 026103

    [16]

    Chen Y L, Cheng C H, Cui Y J, Zhang H, Zhang Y, Yang Y, Zhao Y 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 10338

    [17]

    Kresse G, Furthmuller 1996 J. Phys. Rev. B 54 169 Kresse G, Furthmuller 1996 J. comput. Mater. Sci. 6 15

    [18]

    Anisimov V I, Zaanen J, Anderson O K 1991 Phys. Rev. B 44 943

    [19]

    Dong J, Zhang H J, Xu G, Li Z, Li G, Hu W Z, Wu D, Chen G F, Dai X, Luo J L, Fang Z, Wang N L 2008 EPL. 83 27006

    [20]

    Kamihara Y, Watanabe T, Hirano M, Hosono H 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 3296

    [21]

    Kamihara Y, Hiramatsu H, Hirano M, Kawamura R, Yanagi H, Kamiya T 2006 J. Am. Chem. Soc. 128 10012

  • [1] 段德芳, 马艳斌, 邵子霁, 谢慧, 黄晓丽, 刘冰冰, 崔田. 高压下富氢化合物的结构与奇异超导电性. 物理学报, 2017, 66(3): 036102. doi: 10.7498/aps.66.036102
    [2] 宋庆功, 赵俊普, 顾威风, 甄丹丹, 郭艳蕊, 李泽朋. 基于密度泛函理论的La掺杂-TiAl体系结构延性与电子性质. 物理学报, 2017, 66(6): 066103. doi: 10.7498/aps.66.066103
    [3] 宋庆功, 秦国顺, 杨宝宝, 蒋清杰, 胡雪兰. 杂质浓度对Zr替位掺杂-TiAl合金的结构延性和电子性质的影响. 物理学报, 2016, 65(4): 046102. doi: 10.7498/aps.65.046102
    [4] 杨天勇, 孔春阳, 阮海波, 秦国平, 李万俊, 梁薇薇, 孟祥丹, 赵永红, 方亮, 崔玉亭. 退火温度对N+注入ZnO:Mn薄膜结构及室温铁磁性的影响. 物理学报, 2012, 61(16): 168101. doi: 10.7498/aps.61.168101
    [5] 宁凯杰, 张庆礼, 周鹏宇, 杨华军, 许兰, 孙敦陆, 殷绍唐. Yb3+:Gd2SiO5晶体的结构和光谱性能. 物理学报, 2012, 61(12): 128102. doi: 10.7498/aps.61.128102
    [6] 胡艳春, 王艳文, 张克磊, 王海英, 马恒, 路庆凤. 空穴掺杂Sr2FeMoO6的晶体结构及磁性研究. 物理学报, 2012, 61(22): 226101. doi: 10.7498/aps.61.226101
    [7] 张贺, 骆军, 朱航天, 刘泉林, 梁敬魁, 饶光辉. Cu掺杂AgSbTe2化合物的相稳定、晶体结构及热电性能. 物理学报, 2012, 61(8): 086101. doi: 10.7498/aps.61.086101
    [8] 张彩红, 盛毅, 田红, 徐耀, 吕春祥, 吴忠华. 全谱拟合法研究聚丙烯腈基碳纤维形成过程中晶态结构演变. 物理学报, 2011, 60(3): 036101. doi: 10.7498/aps.60.036101
    [9] 丁万昱, 王华林, 巨东英, 柴卫平. O2流量对磁控溅射N掺杂TiO2薄膜成分及晶体结构的影响. 物理学报, 2011, 60(2): 028105. doi: 10.7498/aps.60.028105
    [10] 于大龙, 陈玉红, 曹一杰, 张材荣. Li2NH晶体结构建模和电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1991-1996. doi: 10.7498/aps.59.1991
    [11] 任树洋, 任忠鸣, 任维丽, 操光辉. 3 T强磁场对真空蒸发Zn薄膜晶体结构的影响. 物理学报, 2009, 58(8): 5567-5571. doi: 10.7498/aps.58.5567
    [12] 肖剑荣, 徐 慧, 李燕峰, 李明君. 氮分压对氮化铜薄膜结构及光学带隙的影响. 物理学报, 2007, 56(7): 4169-4174. doi: 10.7498/aps.56.4169
    [13] 兰 伟, 刘雪芹, 黄春明, 唐国梅, 杨 扬, 王印月. 溶胶凝胶旋转涂敷技术制备ZnO:In薄膜的结构特性. 物理学报, 2006, 55(2): 748-752. doi: 10.7498/aps.55.748
    [14] 张礼杰, 雷 鸣, 王宇明, 李建立, 孙 彧, 刘景和. Yb3+掺杂KY(WO4)2激光晶体生长、结构与光谱分析. 物理学报, 2006, 55(6): 3141-3146. doi: 10.7498/aps.55.3141
    [15] 杨 柳, 殷春浩, 焦 扬, 张 雷, 宋 宁, 茹瑞鹏. 掺入Ni元素的LiCoO2晶体光谱结构及电子顺磁共振g因子. 物理学报, 2006, 55(4): 1991-1996. doi: 10.7498/aps.55.1991
    [16] 严成锋, 赵广军, 杭 寅, 张连翰, 徐 军. Ce:Lu2Si2O7闪烁晶体的结构和光谱特性. 物理学报, 2005, 54(8): 3745-3748. doi: 10.7498/aps.54.3745
    [17] 伏广才, 李明星, 董 成, 郭 娟, 杨立红. KxCoO2·yH2O(x<0.2,y≤0.8)的晶体结构、输运及磁学性质. 物理学报, 2005, 54(12): 5713-5716. doi: 10.7498/aps.54.5713
    [18] 徐 敏, 沈 雯, 高 瞻, 赵良磊, 姜 蓓, 杨 磊, 张澜庭. La0.4FeCo3Sb12晶体结构的x射线和电子衍射表征. 物理学报, 2005, 54(7): 3302-3306. doi: 10.7498/aps.54.3302
    [19] 张玉凤, 张金仓, 王新燕, K. Tubata, 刘永生, 舒 杨, 敬 超, N. Nishimura, K. Mori, 曹世勋. Y替代La2/3Ca1/3MnO3体系的结构与输运行为. 物理学报, 2004, 53(7): 2299-2304. doi: 10.7498/aps.53.2299
    [20] 陈镇平, 张金仓, 程国生, 李喜贵, 章讯生. 金属氧化物超导陶瓷Y-123体系烧结过程与结构缺陷的正电子实验研究. 物理学报, 2001, 50(3): 550-555. doi: 10.7498/aps.50.550
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-14
  • 修回日期:  2013-08-11
  • 刊出日期:  2013-11-05

强关联效应下非磁性元素Ir掺杂的SmFeAsO电子结构理论研究

  • 1. 超导与新能源研究开发中心, 材料先进技术教育部重点实验室, 西南交通大学, 四川 610031;
  • 2. 澳大利亚新南威尔士大学, 材料科学与工程学院, 悉尼, 2052, 澳大利亚
    基金项目: 国家磁约束核聚变能研究专项项目 (批准号: 2011GB112001)、国际合作项目 (批准号: 2013DFA51050)、中央高校基本科研业务费资助项目 (批准号: SWJTU12CX019, 2682013ZT16, SWJTU11ZT31, 2682013CX004) 和国家自然科学基金 (批准号: 51271155)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论, 采用广义梯度近似方法 (SGGA+U) 计算分析了SmOFeAs电子结构以及 Ir 掺杂对该体系晶体结构和电子结构的影响. 结果表明, 随着Ir的掺杂, SmOFeAs晶体结构中FeAs层与SmO层之间的耦合增强, 晶体内部所含的铁砷四面体随着Ir掺杂其畸变性程度逐步减小. Fe3d以及As4p杂化轨道对体系电子结构起主要影响作用. Ir掺杂所引入的电子使FeAs层的巡游电子增多、Fe3d轨道中的 dz2轨道离域性增强. 当Ir掺杂量为20%时, 费米面处于电子态密度峰值附近, 费米面急剧变化使该体系的Tc值有所增高, 反映了体系费米能级移动与其超导电性的密切关联性. 计算的电子态密度与XPS所得价带谱实验结果一致, 进一步验证了采用SGGA+U方法其包含修正d轨道局域电子的库仑势, 使得计算结果与实验结果更加接近.

English Abstract

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