Luận văn đã đưa ra bảng tổng quan về phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) các phép gần đúng LDA, LSDA, GGA sử dụng trong phương pháp này; cài đặt và tìm hiểu, vận hành tốt chương trình Dmol3 trên máy chủ IBM Server x3650; áp dụng Dmol3 để khảo sát cấu trúc tối ưu của tinh thể, tổng năng lượng, năng lượng liên kết, khe năng lượng của CaMnO3 và CaMnO3 pha tạp Y phase cubic và orthorhombic ở hai loại vật liệu khối và màng mỏng,... Mời các bạn cùng tham khảo.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phan Thị Hồng Ngát TÍNH TỐN LƢỢNG TỬ CHO HỆ MÀNG MỎNG NANO PEROVSKITE TỪ TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phan Thị Hồng Ngát TÍNH TOÁN LƢỢNG TỬ CHO HỆ MÀNG MỎNG NANO PEROVSKITE TỪ TÍNH Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết vật lý toán Mã số : 60 44 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Bạch Thành Công Hà Nội – Năm 2011 MỤC LỤC Trang CHƢƠNG I LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ 1.1 Phương trình Schrodinger 1.2 Nguyên lý biến phân 1.3 Phương pháp gần Hartree-Fock 1.4 Mật độ trạng thái electron 10 1.5 Mơ hình Thomas-Fermi 10 1.6 Định lý Hohenberg-Kohn 14 1.7 Phương trình Kohn-Sham 17 1.8 Phiếm hàm tương quan-trao đổi 21 CHƢƠNG II GIỚI THIỆU VỀ DMOL3 31 2.1 Một số tính chất đặc trưng Dmol3 properties 31 2.2 Cài đặt tính tốn với DMol3 35 2.3 Phân tích kết với DMol3 2.4 38 Lý thuyết phiếm hàm mật độ DMol CHƢƠNG III KẾT QUẢ TÍNH TỐN CHO HỆ CaMnO3 DƢỚI DẠNG KHỐI VÀ MÀNG MỎNG CÓ PHA TẠP Yttrium 38 44 3.1 Một số đặc điểm tính chất vật liệu Perovskite CaMnO3 44 3.2 Mơ hình phương pháp tính tốn 48 3.2.1 Mơ hình tính tốn 48 3.2.2 Đặt thơng số tính tốn cho phần mềm Dmol3 50 3.3 Kết thảo luận 54 3.3.1 Vật liệu khối CaMnO3 54 3.3.1.1 Tính chất điện, từ vật liệu khối CaMnO3 54 3.3.1.2 Sự thay đổi thông số mạng khối CaMnO3 59 3.3.1.3 Hệ số tương tác trao đổi 62 3.3.2 Vật liệu màng mỏng CaMnO3 CaMnO3 pha tạp 63 3.3.2.1 Tính chất điện, từ vật liệu màng mỏng CaMnO3 63 3.3.2.2 Sự thay đổi thông số mạng màng mỏng CaMnO3 64 3.3.2.3 Vật liệu màng mỏng CaMnO3 pha tạp Y phase 65 orthorhombic KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 VIẾT TẮT Å Ångström AE All-electron calculations AP Atomic Program ASAP one program of CAMP using Mean Field Potential ASCII American Standard Code for Information Interchange B88 Becke functional BZ Brillouin Zone c core CAMP Center for Atomic-scale Materials Physics corr correlation CPU Central Processing Unit DACAPO one program of CAMP using DFT for calculations of total energy DFT Density Functional Theory dipc dipole correction DNA Deoxyribo Nucleic Acid DTU Technical University of Denmark eff effective eig eigenvalue elec electron ewa ewald FCA Frozen Core Approximation GEA Gradient Expansion Approximation GGA Generalized Gradient Approximation hac hartree correction HF Hartree-Fock HFS Hartree-Fock-Slater HFKS Hartree-Fock-Kohn-Sham HK Hohenberg-Kohn IBZ Irriducible Brillouin Zone IFC Intel Fortran Compiler KS Kohn-Sham LDA Local Density Approximation LSDA Local Spin Density Approximation nuc nuclei occ occupied PBE Perdew-Burke-Ernzerhof exchange-correlation functional PC Personal Computer PPW Pseudopotential and Plane Wave PW91 Perdew-Wang exchange-correlation functional PZ Perdew-Zunger exchange-correlation functional revPBE The revision of the PBE functional by Zhang and Yang RMM-DIIS RMM using DIIS RMM Residual Minimization Method DIIS Direct Inversion in the Iterate Subspace RPBE The revision of the revPBE functional by Hammer, Hansen, Nørskov SCF Seft Consistent Field SCTB Seft Consistent Tight Binding method TDFT Time-dependent Density Functional Theory TF Thomas-Fermi tot total VWN Vosko-Wilk-Nusair exchange-correlation functional VTK Virtual ToolKit x exchange XC Exchange-Correlation xcc exchange-correlation energy correction DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ BẢNG BIỂU STT Bảng Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Nội dung Sự phụ thuộc tổng lượng moment từ vào phiếm hàm cho phase Cubic Năng lượng vùng cấm moment từ phase orthorhombic phiếm hàm tương quan trao đổi Thông số mạng tinh thể phase orthorhombic sử dụng tính tốn luận văn Sự khác tổng lượng cấu trúc từ tính với cấu trúc G-AGM nguyên tử Mn (ΔE ) hai phase cubic orthorhombic (ortho.) Moment từ m(µβ (Mn)) nguyên tử Mn CaMnO3 hai phase cubic orthorhombic (ortho.) Năng lượng vùng cấm CaMnO3 Trang 51 52 53 55 56 57 Thơng số mạng, chiều dài liên kết góc liên kết cho Bảng 3.7 khối CaMnO3 cấu trúc orthorhombic 59 Bảng 3.8 Thông số cấu trúc cho khối CaMnO3 cấu trúc cubic 61 Hệ số tương tác trao đổi thực nghiệm tính Bảng 3.9 62 toán ab initio Tổng lượng, khác tổng lượng 10 Bảng 3.10 cấu trúc từ tính với cấu trúc G-AGM 63 nguyên tử Mn (ΔE ) màng mỏng CaMnO3 11 12 Bảng 3.11 Năng lượng tương tác spin màng mỏng Năng lượng vùng cấm (Eg) moment từ m(µβ (Mn)) Bảng 3.12 nguyên tử Mn màng mỏng CaMnO3 64 64 Độ lệch nguyên tử Oxy layer (A0) 13 Bảng 3.13 màng mỏng CaMnO3 cấu trúc cubic 65 Độ lệch nguyên tử Oxy layer (A0) 14 Bảng 3.14 màng mỏng CaMnO3 cấu trúc orthorhombic 66 So sánh mức Fermi màng mỏng CaMnO3 theo tỉ 15 Bảng 3.15 67 lệ pha tạp Y HÌNH VẼ STT Hình vẽ Nội dung Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5a Hình 3.5b Hình 3.6 Mơ hình màng mỏng CaMnO3 49 Hình 3.7 Giản đồ minh hoạ cấu trúc từ tính 50 Hình 3.8 Đồ thị phụ thuộc lương tổng cộng vào tham số ma ̣ng phase cubic 52 10 Hình 3.9a Màng mỏng CaMnO3 cấu trúc orthorhombic 54 11 Hình 3.9b Màng mỏng CaMnO3 cấu trúc cubic 54 12 Hình 3.9c Tổng lượng phụ thuộc vào độ dày lớp chân không cấu trúc cubic 54 Sự phụ thuộc thơng số mạng thể tích vào nhiệt độ CaMnO3 quan sát máy nhiễu xạ X-ray (XRD)[14] Hai loại cấu trúc lập phương (cubic) trực giao (orthorhombic) vật liệu CaMnO3 Sự tách mức lượng lớp d chưa đầy cation Mn4+ hình dạng orbital tương ứng với mức Thông số mạng vật liệu Ca1-xYxMnO3 phụ thuộc vào lượng pha tạp Y Minh họa cấu trúc ô đơn vị perovskite CaMnO3 pha cubic Minh họa cấu trúc ô đơn vị perovskite CaMnO3 pha orthorhombic Trang 44 45 46 47 48 48 13 14 15 16 17 18 Năng lượng vùng cấm vật liệu khối CaMnO3 cấu trúc orthorhombic Hình 3.11 Năng lượng vùng cấm vật liệu khối CaMnO3 cấu trúc cubic Hình 3.12 Ô đơn vị CaMnO3 phase orthorhombic sau cực tiểu hóa cấu hình Hình 3.13 Năng lượng vùng cấm phụ thuộc vào tỉ lệ pha tạp Y màng mỏng Ca1-xYxMnO3 Hình 3.14a Moment từ Mn màng mỏng CaMnO3 phase orthorhombic phụ thuộc vào lượng pha tạp Y Giá trị thực nghiệm moment từ Mn Hình 3.14b tinh thể CaMnO phase orthorhombic phụ thuộc vào lượng pha tạp Y Hình 3.10 59 58 61 67 68 68 ... HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phan Thị Hồng Ngát TÍNH TỐN LƢỢNG TỬ CHO HỆ MÀNG MỎNG NANO PEROVSKITE TỪ TÍNH Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết vật lý toán Mã số : 60 44 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA. .. khơng màng mỏng, để có lượng ổn định màng mỏng CaMnO3, ta chọn độ dày lớp chân không unit cell (6U) cho màng mỏng cấu trúc Cubic 6U cho cho màng mỏng cấu trúc Orthorhombic 3.3 Kết tính tốn thảo luận. .. liệu phản sắt từ, tính chất chủ yếu phụ thuộc vào spin nguyên tử Mn Vì luận văn này, tác giả tính tốn lượng tử cho loại cấu trúc từ tính: sắt từ (FM: Ferromagnetism), phản sắt từ (AFM: antiferromagnetism)