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真心求教：Cu2O掺杂过渡金属的磁性能。问题非常具体，希望懂的给指点一下已有1人参与
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我毕业设计的内容是：氧化亚铜掺杂磁性能的模拟和计算。 我的实验过程是：建立单胞——结构优化——建立超胞——替换原子（掺杂）——结构优化——计算能量。。 现在已经做出了一些结果，但是里面有几个很关键的问难不懂。希望懂这方面的师兄师姐，可以针对里面任何一个问题给指点一下！ 1.关于判断掺杂后有无磁性 我看到在别的帖子中说，在计算结果中只要查看两个参量就可以判断有无磁性。比如我算的这个结果： 2*Integrated Spin Density = 5.00000 2*Integrated |Spin Density| = 5.21788 帖子中说：如果这两个值相等，则说明是有磁性的。我认为以上两个数值近似相等，可以认为有磁性。 我的问题是：一般结果不会完全相等，只能是近似。那么两个值偏离多大就认为不是近似相等？这个临界差值是多少？这个差值是具体文献中提到的，还是仅仅是大家的经验？ 2.关于磁性大小怎么看 在计算后的结果中，有这样一栏： Atomic Populations (Mulliken) ----------------------------- Species Ion s p d f Total Charge (e) Spin (hbar) =========================================================================== O 1 1.82 4.85 0.00 0.00 6.67 -0.67 0.01 O 2 1.83 4.83 0.00 0.00 6.66 -0.66 0.02 O 3 1.82 4.84 0.00 0.00 6.67 -0.67 0.01 O 4 1.83 4.86 0.00 0.00 6.69 -0.69 0.03 O 5 1.82 4.84 0.00 0.00 6.67 -0.67 0.01 O 6 1.82 4.84 0.00 0.00 6.67 -0.67 0.01 O 7 1.83 4.83 0.00 0.00 6.66 -0.66 0.02 O 8 1.83 4.83 0.00 0.00 6.66 -0.66 0.02 （后面省略） 这里面最后一项 spin 显示的是每个原子的磁矩大小。 问题：体系总磁矩是不是等于所有原子的磁矩相加？也就是把所有原子那个数值加起来就行？ 关于这个我请教过别人，他的看法是不能直接相加等于体系总磁矩，但是不能肯定，也说不出原因。。如果直接相加不行，那么体系的总磁矩怎么看？在哪看？ 3.关于初始自旋参数设置 我是要把过渡金属原子 Mn Fe Co Ni 分别替换掉一个 Cu 原子来进行。在我算 Fe 的掺杂时，设置 modify——electronic configuration 菜单里，spin 选项卡里的 formal spin 中，spin state里选择了 high spin state，又因为铁原子的 3d6 结构，spin里数值填了+4。计算结果与文献差不多。 问题：对于其他几个原子，Mn Co Ni 的 spin 值是不是也根据其结构，分别为+5，+3，+2 ? 因为看到有帖子说过渡金属原子初始自旋不能设的太小，否则收敛不会来，但是最大为5且不会超过5。那么Mn Fe Co Ni是要都设置在4-5吗？如果Co和Ni设置为3和2，是不是就不对了？ 另外对于 Hubbard U,这四个原子的d轨道默认值都是2.5eV，但在文献里看到他把Fe的d轨道设置为了5eV。有人说这个值一般取默认的就行，那么对于计算磁性能，这个值取默认对结果有影响吗？如果有影响，对于Mn Co Ni，其d轨道应该设置为多少比较好？（PS:实验中我取的值，Mn-5.5，Fe-5，Co-4.5，Ni-4） 4.关于DOS图看磁性能 在一篇Mn掺杂ZnO的文献里，它是对比总体系的自旋向上和向下的DOS图。说在费米能力附近，如果不对称，则说明有磁性，如果对称则说明无磁性。但是从他的图中看，他说的有磁性的那个DOS图对比一下，感觉费米能级附近不对称的程度很低，而我做出的Fe的DOS图也是这样，不对称度很低。 问题：看费米能级附近对称性来判断磁性能的原因是？为什么只看费米能级附近，而不需要看其他离的远的地方？ 此外，如果要解释掺杂后磁性变化的原因，应该从什么角度入手？（我目前的想法是从p-d杂化）在ZnO的那篇文献中，它给了Zn的s轨道，Mn的d轨道，O的p轨道的DOS图。我不明白的地方是Zn不应该也看d轨道吗？为什么要看S轨道？ 对于以上问题中的任何一个，如果您有相关了解，都可以回复！再次谢过！ |
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【答案】应助回帖
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感谢参与，应助指数 +1
bobo1212: 金币+6, ★★★很有帮助 2014-04-23 19:03:49
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1. 磁矩大小看你计算完后有几个玻尔磁子的磁矩，其实过渡金属参杂的磁矩来源主要是金属本身，完全可以预测磁矩的大小。也可以像你说的去看看，比较一下预测与计算是有实际意义的。 若是磁矩不一样，说明你的参杂还存在p型或n型参杂的可能。也就是你的金属原子替代Cu，金属原子外层电子比Cu多或者少。 2.你这样看到的是各个原子的磁矩大小，但会小于总磁矩。因为间隙还有一部分自旋电子的分布，还有间隙磁矩。只有两部分加起来才是总磁矩。 3. 初始磁矩都有默认值，一般默认即可，只要不是设置的小的离谱，对结果没有什么影响。初始值设置的越接近实验室结果越容易收敛。逼近计算的结果基本上是为实验室服务的，需要统一。统一了才能说明计算是可靠的，软件本身这个问题是完美解决的。 4. DOS中自旋向上或者向下不对称，且不对称的部分大小不一致，那么会出现磁矩。不一定是 fermi能附近。但是参杂后杂志态都是出现在fermi能附近。所有别人建议看fermi能附近是有道理的，但是也不能硬搬说就是这样。 p-d杂化的考虑是正确的。文献为了给出全面的数据，说明磁矩的来源是p-d杂化，当然需要把s轨道给出，并说s轨道对结果的影响有限。主要来源于p-d 杂化。 另给出建议：你的设计有些落伍，金属原子参杂的稀磁半导体研究大概是2005左右的热点，后来出现d0参杂的研究。现状这块并不是热点。甚至有文章说这种参杂不可能，且稀磁半导体室温下的不可能性。 所有要做好文章是不可能，但是作为练习或者不需要发文章的研究生毕业论文还是可以的。 当然你的导师很牛，这样的文章也是能发的，主要看你的理论功底了。 不过从你的想用p-d来解释，说明你们组么有自己的理论体系，只是套用别人的。 那么建议若是有文章就不要往3.0以上的杂志投了。 |
2楼2014-04-22 08:11:52
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首先谢谢你的解答，很详细！ 这个内容只是做毕业设计的。。但是关于你说的最后一点，我看到有文章说他在氧化亚铜里面掺杂，成功获得了较高居里温度的稀磁半导体。 对于自旋参数设置，我还想问的是： 对于Ni元素的掺杂，我分别计算了采取默认值spin为+1，Hubbard U里的d值为2.5eV；以及spin为+4,Hubbard U里的d值为4.0eV。。结果前者Ni 对其他原子影响很小，而后者对其他原子磁矩影响很大，甚至超过Mn和Fe（但因为Ni 本身磁性小，总磁矩还是小于加Mn和Fe的）。 问题：这两个数据哪个比较可靠？我是要比较四个过渡金属掺杂的区别，是不是他们的初始spin值最好都设置一样大？还是略有区别比较好？我是想对Mn Fe Go Ni 初始自旋分别设为5.5 ，5.0， 4.5， 4.0。 希望你能再解答一下！ |
3楼2014-04-23 19:15:49
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