A polymorphous band structure model of gapping in the anti-ferromagnetic and paramagnetic phases of the Mott insulators MnO, FeO, CoO, and NiO
用普通的单行列式密度泛函理论方法对经典NaCl结构莫特绝缘体MnO、FeO、CoO和NiO的反铁磁（AFM）和顺磁（PM）相的能带结构进行了描述.正如以前的作者所指出的，有序的AFM相已经在能带理论中显示出显着的带隙。然而，对于无序的PM相，常用的能带模型一直假设宏观观察到的平均NaCl结构，其中所有过渡金属位点被迫为单态等价的（单态描述）;对于PM相，这迫使在原子的基础上为零力矩，从而产生无间隙的PM状态，与实验尖锐冲突。相反，我们允许更大的NaCl型超晶胞，其中每个TM位点可以具有不同的局部成键和自旋环境（多态描述），从而获得几何灵活性，以降低总能量并打破d轨道的对称性。不同的本地自旋和键合环境的分布的存在允许大的现场磁矩自发地在DFT+U计算中发展，从而导致在经典的莫特绝缘体MnO、FeO、CoO和NiO的AFM、FM和PM相中的显著（1-3 eV）带隙。我们适应的自旋无序的配置在PM阶段的“特殊的准随机结构”，从而超胞近似代表最好的随机配置平均为有限的超胞的一个给定的晶格对称性的构造。因此，避免了单态描述的无序磁相允许甚至普通DFT+U，它代表了N电子系统与单行列式波函数，描述的间隙不仅在AFM阶段，而且在PM阶段的MnO，FeO，CoO，和NiO。
2017-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Wüstite: Electric, thermodynamic and optical properties of FeO
我们报告了一个系统的光学调查wüstite。此外，所考虑的样品，Fe0.93O，其特征在于详细的电输运，介电，磁性和热力学测量。通过红外反射率实验，系统地研究了声子性质、类德鲁德电导贡献和电子跃迁。声子模式揭示了一个明确的分裂低于反铁磁有序温度，类似于观察其他过渡金属一氧化物和尖晶石化合物已被解释的自旋驱动的Jahn-Teller效应。假设晶体场参数Dq = 750 cm-1，自旋轨道耦合常数λ= 95 cm-1，可以最好地描述电子跃迁。一个定义良好的晶体场激发在低温下揭示了显着的增宽温度与整体转移的光学重量到直流电导率的贡献。这一事实似乎表明，熔化的现场激发到一个Drude行为的离域载流子。在室温下，威氏体的光学带隙接近1.0 eV。随着温度的降低和磁相变的通过，我们已经检测到一个强烈的相关诱导带边的蓝移，这一数额超过15%，已经很少在反铁磁体中观察到。
2012-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamical Hubbard approach to correlated materials: the case of transition-metal monoxides
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Colleege Champittet（尚皮泰学院）；PSI Center for Scientific Computing, Theory and Data（瑞士保罗谢勒研究所科学计算、理论与数据中心）
本文将动力学 Hubbard 泛函扩展至自旋极化多位点体系，并用局域动力学自能描述 MnO、FeO、CoO、NiO，高效准确地再现其光谱性质。
2025-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Fermi surface nesting and possibility of orbital ordering in FeO
我们在GGA和GGA+U近似下研究了莫特绝缘体FeO。在GGA中，我们发现了一个多带金属态，在费米面的两个$t_{2g}$带之间具有显著的带间嵌套，这表明可能不稳定的轨道有序绝缘相。这种对称性破缺态虽然具有比下面的均匀金属态低的能量，但是带隙的大小小于实验观察到的光学带隙。因此，我们纳入轨道有序态的在位库仑排斥U的计算值。我们发现对称性破缺和库仑关联共同作用使系统稳定，并给出了一个绝缘的轨道有序态，其能隙大小与实验值非常接近。我们提出这种方法作为一种可能的指示LDA和GGA计算中的轨道排序。我们用已知的LiVO $_2$和LaMnO $_3$的例子来检验我们的方法。
2009-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Evaluation of Neel temperatures from fully self-consistent broken-symmetry GW and high-temperature expansion: application to cubic transition-metal oxides
使用完全自洽的热破缺对称GW，我们构建了一系列过渡金属氧化物（NiO，CoO，FeO，MnO）的有效磁性海森堡哈密顿量，捕获严格的，但浓缩的磁状态的描述。然后，应用高温膨胀，我们找到了自旋磁化率和比热的分解系数。所发现的系列的收敛半径决定了Neel温度。NiO、CoO和FeO在最近邻（NN）之间包含小的铁磁相互作用，在次最近邻（NNN）之间包含占主导地位的反铁磁相互作用。对它们来说，导出的Neel温度与实验结果符合得很好. MnO的情况是不同的，因为NN和NNN耦合都是反铁磁的，并且在幅度上相当，因此估计的Neel温度的误差较大，这是电子结构计算未捕获的附加效应的特征。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Monte Carlo method for metal-film catalysis: water addition to carbon monoxide adsorbed on Pt/Al(111), a route to hydrogen
氢生产作为化石燃料的清洁，可持续替代品正在加快步伐。巴黎戴高乐机场的容量翻倍计划已经停止，即使是在即将到来的奥运会期间，也要等到氢动力飞机投入使用。因此，研究催化选择性制氢和优化催化剂结构是及时的。90%以上的化学品生产使用固体催化剂.研究了一氧化碳（CO）在廉价Al（111）支撑的铂薄膜上的吸附。一氧化碳与水反应产生氢气（水煤气变换）。量子蒙特卡罗方法是唯一一种足够精确的方法来研究在紧密堆积的Pt/Al（111）上催化反应的早期步骤。许多化学反应都涉及键的离解。这个过程通常是固体表面限速反应步骤的关键。由于Hartree-Fock和DFT方法对键断裂的描述很差，因此使用了我们的嵌入活性位点方法。这项工作展示了一种新的量子蒙特卡罗（QMC）方法。所研究的水煤气变换反应步骤是将水加到预先吸附在Al（111）支撑的Pt单分子膜上的CO上。水分子只是部分离解。它的氧原子与CO结合，产生吸附的COOH和Pt-H。这种协同增加是限速的。在随后的步骤中，吸附的甲酸盐物质（具有酸性氢）分解成二氧化碳，并且在质子迁移到Pt-H之后，获得清洁的产物H $_2$。发现QMC活化势垒为64.8 $\pm$ 1.5 kJ/mol。因此，QMC是令人鼓舞的调查类似的催化体系。
2022-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Half Metal Transition Driven by Doping Effects in Osmium Double Perovskite
采用第一性原理密度泛函方法研究了新近合成的双钙钛矿结构材料Ca $_2$ FeOsO $_6$.计算结果表明，Ca $_2$ FeOsO $_6$是一种铁磁Mott绝缘体，其形成受到Fe-3 $d$和Os-5 $d$电子的自旋轨道耦合（SOC）、库仑相互作用以及晶场的共同作用.当用Ni代替Fe时，系统表现出自旋电子学应用所期望的半金属（HM）状态。在[Ca $_2$ Fe $_{1-x}$ Ni $_x$ OsO $_6$ ] $_2$中，观察到HM亚铁磁性，对于掺杂率$x=0.5$，每个晶胞具有$μ_{\rm tot}=2μ_{\rm B}$，而对于$x=1$，每个晶胞具有几乎为零的自旋磁化。由于费米能级附近自旋上、自旋下能带之间存在较大的交换劈裂，即使在SOC效应下，半金属度仍能保持。
2014-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Improved electronic structure and magnetic exchange interactions in transition metal oxides
讨论了Agapito Curtarolo和Buongiorno Nardelli（ACBN 0）赝杂化Hubbard密度泛函在几种过渡金属氧化物中的应用。ACBN 0是传统DFT+ $U$和混合精确交换方法的快速、准确和无参数的替代方法。在ACBN 0中，DFT+ $U$的Hubbard能量是通过直接计算局部库仑积分和交换积分来计算的，其中裸库仑势的屏蔽是通过密度矩阵的重整化来计算的。我们证明了成功的ACBN 0方法的电子性能的一系列技术相关的单氧化物（MnO，CoO，NiO，FeO，在平衡和压力下）。我们还提出了两个混合价化合物，Co $_3$ O $_4$和Mn $_3$ O $_4$的结果。我们的结果，在一个标准的LDA/PBE计算的计算成本，是在很好的协议与混合泛函，GW近似和实验测量。
2017-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Importance of Magnetism in Phase Stability, Equations of State, and Elasticity
磁性对过渡金属和过渡金属化合物的高压性能的影响是非常重要的。在铁的情况下，磁性是负责在环境条件下的体心立方（bcc）相的稳定性，和在面心立方（fcc）铁的大的热膨胀系数，也有很大的影响的状态方程和弹性的六方密堆积（hcp）铁。在过渡金属氧化物中，局部磁矩负责它们的绝缘行为。LDA+U结果CoO和FeO，并预测高压金属化。包含一个本地库仑排斥，U，大大抑制了高自旋低自旋跃迁发现与传统的交换相关泛函（即广义梯度校正，GGA）。我们讨论了磁性对高压内聚性质影响的理论和计算。
2002-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Gaussian-Based Quasiparticle Self-Consistent $GW$ for Periodic Systems
提出了一种基于晶体高斯基组的周期系统准粒子自洽$GW$（QSGW）实现方法。我们的QSGW方法是基于一个全频解析连续GW方案与布里渊区采样，并采用高斯密度拟合技术。我们在一组弱相关的半导体和绝缘体以及强相关的过渡金属氧化物（包括MnO、FeO、CoO和NiO）上对QSGW实现进行基准测试。用有限尺寸修正的QSGW计算了带隙、能带结构和态密度。我们发现，虽然QSGW系统高估测试半导体和过渡金属氧化物的带隙，它完全消除了对密度泛函的选择的依赖，并提供了更一致的预测光谱特性比$G_0W_0$在广泛的固体。这一工作为QSGW在固体量子嵌入中的应用奠定了基础。
2022-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Multiplet Effects in the Electronic Correlation of One-Dimensional Magnetic Transition-Metal Oxides on Metals
采用约束无规相位近似（cRPA）方法计算了四种一维磁性过渡金属氧化物XO $_2$（X = Mn，Fe，Co，Ni）在Ir（100）表面的Hubbard $U$参数.除了氧化物的预期筛选，即，的$U$值的金属基板的存在下，我们发现一个强烈的依赖于电子配置（多重态）的X（$d$）轨道。原子X所获得的每一种特定的电子构型都由O配体以及与Ir（100）基底的电荷转移和杂化决定。我们发现，MnO $_2$和NiO $_2$链表现出两种不同的屏蔽制度，而CoO $_2$的情况下介于两者之间。MnO $_2$链的电子结构在吸附后几乎保持不变。因此，在这种情况下，额外的屏蔽主要由相邻金属表面原子的电子产生。发现NiO $_2$ /Ir（100）的屏蔽强度取决于吸附态的Ni（$d$）构型。FeO $_2$的情况下显示出异常的行为，因为它是唯一的绝缘系统，在金属基板的情况下，因此，它具有最大的$U$值。然而，该值被吸附后的上述两种屏蔽效应显著降低。
2022-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Intermediate spin state and the B1-B2 transition in ferropericlase at tera-Pascal pressures
铁长石（fp），（Mg $_{1-x}$ Fe $_x$）O，是地球下地幔中第二丰富的矿物，被认为是超级地球地幔的主要成分。在这里，我们提出了一个从头算调查的结构和磁性基态的fp到$\sim$ 3 TPa的铁浓度（x $_{Fe}$）从0.03到0.12不等。使用LDA+U $_{sc}$和PBE交换相关泛函进行计算，以阐明需要Hubbard U（U $_{sc}$）的压力范围。与端元FeO和MgO类似，fp也经历了B1到B2的相变，这对于模拟超级地球地幔的结构和动力学至关重要。该结构转变涉及磁性状态从具有铁总自旋S=0的低自旋（LS）B1相到具有S=1的中间自旋（IS）B2相的同时变化。这是由局部阳离子配位变化产生的压力/应变诱导磁性的一种罕见形式。声子计算证实了铁B2-IS态的动力学稳定性。然后进行自由能计算，包括振动效应和电子和磁熵的贡献。相图，然后获得低浓度fp使用准理想固溶体模型。对于x $_{Fe}$ > 0.12，该方法不再有效。在超高压下，有一个IS到LS自旋状态的变化，在铁的B2相，但过渡压力敏感地依赖于热电子激发和x $_{Fe}$。
2022-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
