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bobo1212新蟲 (小有名氣)
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[求助]
真心求教：Cu2O摻雜過渡金屬的磁性能。問題非常具體，希望懂的給指點(diǎn)一下 已有1人參與
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我畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是：氧化亞銅摻雜磁性能的模擬和計(jì)算。 我的實(shí)驗(yàn)過程是：建立單胞——結(jié)構(gòu)優(yōu)化——建立超胞——替換原子（摻雜）——結(jié)構(gòu)優(yōu)化——計(jì)算能量。。 現(xiàn)在已經(jīng)做出了一些結(jié)果，但是里面有幾個(gè)很關(guān)鍵的問難不懂。希望懂這方面的師兄師姐，可以針對(duì)里面任何一個(gè)問題給指點(diǎn)一下！ 1.關(guān)于判斷摻雜后有無磁性 我看到在別的帖子中說，在計(jì)算結(jié)果中只要查看兩個(gè)參量就可以判斷有無磁性。比如我算的這個(gè)結(jié)果： 2*Integrated Spin Density = 5.00000 2*Integrated |Spin Density| = 5.21788 帖子中說：如果這兩個(gè)值相等，則說明是有磁性的。我認(rèn)為以上兩個(gè)數(shù)值近似相等，可以認(rèn)為有磁性。 我的問題是：一般結(jié)果不會(huì)完全相等，只能是近似。那么兩個(gè)值偏離多大就認(rèn)為不是近似相等？這個(gè)臨界差值是多少？這個(gè)差值是具體文獻(xiàn)中提到的，還是僅僅是大家的經(jīng)驗(yàn)？ 2.關(guān)于磁性大小怎么看 在計(jì)算后的結(jié)果中，有這樣一欄： 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） 這里面最后一項(xiàng) spin 顯示的是每個(gè)原子的磁矩大小。 問題：體系總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個(gè)數(shù)值加起來就行？ 關(guān)于這個(gè)我請(qǐng)教過別人，他的看法是不能直接相加等于體系總磁矩，但是不能肯定，也說不出原因。。如果直接相加不行，那么體系的總磁矩怎么看？在哪看？ 3.關(guān)于初始自旋參數(shù)設(shè)置 我是要把過渡金屬原子 Mn Fe Co Ni 分別替換掉一個(gè) Cu 原子來進(jìn)行。在我算 Fe 的摻雜時(shí)，設(shè)置 modify——electronic configuration 菜單里，spin 選項(xiàng)卡里的 formal spin 中，spin state里選擇了 high spin state，又因?yàn)殍F原子的 3d6 結(jié)構(gòu)，spin里數(shù)值填了+4。計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)差不多。 問題：對(duì)于其他幾個(gè)原子，Mn Co Ni 的 spin 值是不是也根據(jù)其結(jié)構(gòu)，分別為+5，+3，+2 ? 因?yàn)榭吹接刑诱f過渡金屬原子初始自旋不能設(shè)的太小，否則收斂不會(huì)來，但是最大為5且不會(huì)超過5。那么Mn Fe Co Ni是要都設(shè)置在4-5嗎？如果Co和Ni設(shè)置為3和2，是不是就不對(duì)了？ 另外對(duì)于 Hubbard U,這四個(gè)原子的d軌道默認(rèn)值都是2.5eV，但在文獻(xiàn)里看到他把Fe的d軌道設(shè)置為了5eV。有人說這個(gè)值一般取默認(rèn)的就行，那么對(duì)于計(jì)算磁性能，這個(gè)值取默認(rèn)對(duì)結(jié)果有影響嗎？如果有影響，對(duì)于Mn Co Ni，其d軌道應(yīng)該設(shè)置為多少比較好？（PS:實(shí)驗(yàn)中我取的值，Mn-5.5，F(xiàn)e-5，Co-4.5，Ni-4） 4.關(guān)于DOS圖看磁性能 在一篇Mn摻雜ZnO的文獻(xiàn)里，它是對(duì)比總體系的自旋向上和向下的DOS圖。說在費(fèi)米能力附近，如果不對(duì)稱，則說明有磁性，如果對(duì)稱則說明無磁性。但是從他的圖中看，他說的有磁性的那個(gè)DOS圖對(duì)比一下，感覺費(fèi)米能級(jí)附近不對(duì)稱的程度很低，而我做出的Fe的DOS圖也是這樣，不對(duì)稱度很低。 問題：看費(fèi)米能級(jí)附近對(duì)稱性來判斷磁性能的原因是？為什么只看費(fèi)米能級(jí)附近，而不需要看其他離的遠(yuǎn)的地方？ 此外，如果要解釋摻雜后磁性變化的原因，應(yīng)該從什么角度入手？（我目前的想法是從p-d雜化）在ZnO的那篇文獻(xiàn)中，它給了Zn的s軌道，Mn的d軌道，O的p軌道的DOS圖。我不明白的地方是Zn不應(yīng)該也看d軌道嗎？為什么要看S軌道？ 對(duì)于以上問題中的任何一個(gè)，如果您有相關(guān)了解，都可以回復(fù)！再次謝過！ |
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4樓2014-04-23 21:43:14
mywai520
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【答案】應(yīng)助回帖
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感謝參與，應(yīng)助指數(shù) +1
bobo1212: 金幣+6, ★★★很有幫助 2014-04-23 19:03:49
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1. 磁矩大小看你計(jì)算完后有幾個(gè)玻爾磁子的磁矩，其實(shí)過渡金屬參雜的磁矩來源主要是金屬本身，完全可以預(yù)測磁矩的大小。也可以像你說的去看看，比較一下預(yù)測與計(jì)算是有實(shí)際意義的。 若是磁矩不一樣，說明你的參雜還存在p型或n型參雜的可能。也就是你的金屬原子替代Cu，金屬原子外層電子比Cu多或者少。 2.你這樣看到的是各個(gè)原子的磁矩大小，但會(huì)小于總磁矩。因?yàn)殚g隙還有一部分自旋電子的分布，還有間隙磁矩。只有兩部分加起來才是總磁矩。 3. 初始磁矩都有默認(rèn)值，一般默認(rèn)即可，只要不是設(shè)置的小的離譜，對(duì)結(jié)果沒有什么影響。初始值設(shè)置的越接近實(shí)驗(yàn)室結(jié)果越容易收斂。逼近計(jì)算的結(jié)果基本上是為實(shí)驗(yàn)室服務(wù)的，需要統(tǒng)一。統(tǒng)一了才能說明計(jì)算是可靠的，軟件本身這個(gè)問題是完美解決的。 4. DOS中自旋向上或者向下不對(duì)稱，且不對(duì)稱的部分大小不一致，那么會(huì)出現(xiàn)磁矩。不一定是 fermi能附近。但是參雜后雜志態(tài)都是出現(xiàn)在fermi能附近。所有別人建議看fermi能附近是有道理的，但是也不能硬搬說就是這樣。 p-d雜化的考慮是正確的。文獻(xiàn)為了給出全面的數(shù)據(jù)，說明磁矩的來源是p-d雜化，當(dāng)然需要把s軌道給出，并說s軌道對(duì)結(jié)果的影響有限。主要來源于p-d 雜化。 另給出建議：你的設(shè)計(jì)有些落伍，金屬原子參雜的稀磁半導(dǎo)體研究大概是2005左右的熱點(diǎn)，后來出現(xiàn)d0參雜的研究�，F(xiàn)狀這塊并不是熱點(diǎn)。甚至有文章說這種參雜不可能，且稀磁半導(dǎo)體室溫下的不可能性。 所有要做好文章是不可能，但是作為練習(xí)或者不需要發(fā)文章的研究生畢業(yè)論文還是可以的。 當(dāng)然你的導(dǎo)師很牛，這樣的文章也是能發(fā)的，主要看你的理論功底了。 不過從你的想用p-d來解釋，說明你們組么有自己的理論體系，只是套用別人的。 那么建議若是有文章就不要往3.0以上的雜志投了。 |
2樓2014-04-22 08:11:52
bobo1212
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首先謝謝你的解答，很詳細(xì)！ 這個(gè)內(nèi)容只是做畢業(yè)設(shè)計(jì)的。。但是關(guān)于你說的最后一點(diǎn)，我看到有文章說他在氧化亞銅里面摻雜，成功獲得了較高居里溫度的稀磁半導(dǎo)體。 對(duì)于自旋參數(shù)設(shè)置，我還想問的是： 對(duì)于Ni元素的摻雜，我分別計(jì)算了采取默認(rèn)值spin為+1，Hubbard U里的d值為2.5eV；以及spin為+4,Hubbard U里的d值為4.0eV。。結(jié)果前者Ni 對(duì)其他原子影響很小，而后者對(duì)其他原子磁矩影響很大，甚至超過Mn和Fe（但因?yàn)镹i 本身磁性小，總磁矩還是小于加Mn和Fe的）。 問題：這兩個(gè)數(shù)據(jù)哪個(gè)比較可靠？我是要比較四個(gè)過渡金屬摻雜的區(qū)別，是不是他們的初始spin值最好都設(shè)置一樣大？還是略有區(qū)別比較好？我是想對(duì)Mn Fe Go Ni 初始自旋分別設(shè)為5.5 ，5.0， 4.5， 4.0。 希望你能再解答一下！ |
3樓2014-04-23 19:15:49
bobo1212
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5樓2014-04-26 21:41:34
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