2.3. Ảnh hƣởng của sự pha tạp các nguyên tố đất hiếm lên các tính chất điện
2.3.2.1. Cấu trúc khối CaMnO3
Hình 2.4. Sự phụ
thuộc năng lượng tổng cộng vào tham số mạng CaMnO3 lập phương.
Sự phụ thuộc của năng lƣợng toàn phần vào tham số mạng của tinh thể khối CaMnO3 lập phƣơng đƣợc tính tốn theo đơn vị Hatree (1 Ha = 27,221 eV)
và đƣợc vẽ trong hình 2.4. Từ hình 2.4 hằng số mạng tối ƣu hóa đã đƣợc tìm thấy,a3,75Ao , tƣơng ứng với giá trị mà năng lƣợng của hệ CaMnO3 đạt giá trị cực tiểu. Giá trị này hằng số mạng này cũng phù hợp với các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trƣớc đây [127, 146].
Hình 2.5. Mật độ trạng thái spin của ion Mn4+
trong CaMnO3 lập phương với các mức Fermi được dịch chuyển tới 0 (đường nét đứt) . Ở đây, các đường màu xanh và màu đỏ thay cho các trạng thái spin 1/2 (spin up) và spin -1/2 (spin down) của hệ CaMnO3. Các đường màu đen và xanh lá cây chỉ spin up và spin down của ion manganat mức d.
Mơ hình tƣơng tác trao đổi cộng hóa trị của Goodenough [48] đã chỉ ra trạng thái cơ bản của CaMnO3 là trạng thái phản sắt từ. Trong hợp chất này, sự ghép cặp phản sắt từ giữa các ion manganat có từ tính là do tƣơng tác gián tiếp của chúng thông qua ion oxy trung gian với obitan p bị chiếm hồn tồn. Vì vậy ghép cặp spin của hai ion manganat lân cận gần nhất đƣợc định hƣớng gián tiếp bởi hai spin phản song song trong obitan đã bị chiếm đầy của ion oxy lân cận.
Hình 2.5 chỉ ra mật độ trạng thái của ion Mn4+ trong CaMnO3 khối khi tham số mạng a3, 75Ao . Với các trạng thái spin up và spin down của ion Mn4+ đƣợc phân bố cân bằng ở các mức năng lƣợng, rõ ràng là hệ có trạng thái phản sắt từ. Kết luận này cũng phù hợp với mật độ trạng thái spin của các hệ toàn phần. Các tính chất cách điện đƣợc chỉ ra trong cấu trúc vùng với khe vùng là 0,038 Ha (~ 1,034 eV).