钙钛矿型5d过渡金属氧化物电荷、自旋和轨道耦合的第一性原理研究

Transition metal oxides containing 5d elements are prototype strong correlated system, in which the charge, spin and orbits of 5d transition metal elements couple with lattice vibrations extentively, giving rise to a series of fantastic physical phenomena, such as high temperature superconductivity, metal-insulator transition as well as colossal magnetoresistance, which are of great importance in numerous technological applications. These interesting physical phenomena call for throughly investigations from the experimental and theoretical sides. In this application, we will try to illuminate the effect of charge, spin and orbital couplings, and explore the lattice distortion characters in 5d transition metal oxides crystallized in the perovskite-type phase from a theoretical point of view via first principles investigations. On the basis of the structural stability, electronic and magnetic properties studies for a series of 5d transition metal oxides, we will establish the mechanisns underlined which are responsible for the fantastic physical phenomena. Furthermore, our results obtained will not only expand our understanding in solid state chemistry and physics, also provide potential anvenes to improve the behaviors of functional materials exist and design novel multifunctional materials.

5d 过渡金属氧化物是一种典型的强关联体系，该体系中的电子、自旋、轨道与晶格声子之间存在着强烈的相互作用，并导致了一系列奇特的物理现象例如高温超导，金属到绝缘体转变以及巨磁阻效应， 这些现象对于技术应用非常重要。 因此无论从实验还是理论角度研究这些物理现象是十分必要的。 本课题将从第一性原理计算模拟角度出发，研究钙态矿型5d 过渡金属氧化物材料中的电荷、自旋、轨道耦合现象，探索关联电子体系中电荷、自旋和轨道与晶格扭曲耦合机制及其规律。通过对一系列5d过渡金属氧化物的结构稳定性，电子和磁性性质的研究，我们将提出这些奇异物理现象背后的机理。我们相信我们得到的结论将有助于扩展人们对固体化学和固体物理的理解，此外可能提供可行的优化改善现有材料的物理性能的途径以及设计更好的功能材料。

钙钛矿型过渡金属氧化物是一种典型的强关联体系，该体系中的电子、自旋、轨道与晶格声子之间存在强烈的相互作用，导致一系列奇特的物理化学现象如高温超导、金属到绝缘体转变以及多铁性质，这些物理化学性质对于应用技术十分重要。因此无论从实验还是理论角度研究这些物理化学现象是十分必要的。本课题研究工作从第一性原理计算模拟角度出发，研究了钙钛矿型CdPbO3的结构相变、电子结构以及铁电性质，预测LiNbO3型钙钛矿CdPbO3为一种潜在的铁电材料，提出其铁电极化机制为Pb4+离子业已失去的6s孤对电子的非对称成键作用；探讨了立方钙钛矿型SrTiO3体系中极化子行为，明确小极化子形成的条件、性质以及传输性质，调和目前看似相互矛盾的实验现象；对比研究了LiNbO3型钙钛矿MnTiO3和MnSnO3的多铁性质，确立不同的铁电极化机理；探讨了双钙钛矿型Sr2FeOsO6和La2CrNiO6的电子结构和磁结构等等。通过一系列过渡金属氧化物的结构稳定性、电子结构和磁性的研究，提出了奇异物理化学现象背后的微观机理。我们的研究工作有助于人们对固体物理和固体化学的认识，为优化改善现有材料的物理化学性能、以及材料设计提供理论指导。