凝聚态物理 > 强关联电子
[提交于 2025年5月30日
]
标题: 一维过渡金属氧化物链作为从头计算的挑战性模型
标题: 1D Transition Metal Oxide Chains as a Challenging Model for Ab Initio Calculations
摘要: 提供高度简化的强关联电子系统模型,这些模型挑战了{\it 从头算}的计算能力,可以作为改进这些方法的宝贵试验平台。 在这项研究中,我们利用密度泛函理论(DFT)、DFT+$U$和耦合簇单双激发(CCSD)计算,全面研究了一维过渡金属单氧化物链(VO、CrO、MnO、FeO、CoO 和 NiO)的结构、磁性和电子性质。 对于 DFT+$U$,我们使用线性响应理论来确定Hubbard $U$参数。 在除 MnO 之外的所有研究系统中,由于与 d 轨道相关的电子自由度导致存在多个局域极小值,这给 DFT、DFT+U 和 Hartree-Fock 方法在从头算计算中找到全局最小值带来了显著挑战。 我们的结果显示,对于所有链状结构,除了使用 DFT+$U$和 PBE 时的 CrO,反铁磁(AFM)状态在能量上更为有利。 我们分析了电子能带结构,发现虽然 PBE 近似通常预测铁磁(FM)态为金属或半金属基态,但 DFT+$U$方法成功打开了能隙,正确地预测了所有情况下的绝缘行为。 此外,我们使用 DFT+$U$和 CCSD 比较了 CrO、MnO、FeO、CoO 和 NiO 中 AFM 和 FM 态之间的能量差异。 我们的研究结果表明,在某些情况下,CCSD 预测的能量差异比 DFT+$U$更大,这表明通过线性响应理论获得的Hubbard$U$参数在用于计算不同磁态之间的能量差异时可能会被高估。 对于CrO,CCSD 预测的是反铁磁(AFM)基态,这与 DFT+$U$和 PBE 方法的预测相反。
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