First principles study of the adsorption of MgO molecules on a clean Fe(001) surface
用密度泛函理论和投影缀加波方法研究了MgO分子在Fe（001）表面的吸附.确定了考虑不同吸附位点的能量最有利的配置。最优选的吸附几何形状是当MgO分子平行于表面时，其中Mg在间隙位点中并且O在Fe原子的顶部。在随后的MgO分子吸附在这种几何形状，一个尖锐的，非氧化界面之间的MgO吸附层和Fe（001）表面形成。垂直于表面的MgO的吸附，与氧结合在最上面的Fe层是不太可能的，但可能会导致FeO层的形成时，稳定与过量的氧原子。两种界面类型的结构，电子和磁性的MgO覆盖率从1/9到1单层（ML）进行了检查。电子和磁性的MgO覆盖敏感。对于较低的覆盖率的MgO，明确的杂交之间的Fe 3d和O 2 p状态。表面Fe原子的平均磁矩随着覆盖度而降低，对于1 ML MgO，达到2.78 $μ_{\rm B}$。
2015-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Large perpendicular magnetic anisotropy in Ta/CoFeB/MgO on full coverage monolayer MoS2 and first principle study of its electronic structure
具有高居里温度的超导磁化自旋注入器是研制室温零磁场工作的二维材料自旋光电子器件的前提。在这里，我们报告的Ta/CoFeB/MgO结构的生长与一个大的垂直磁各向异性（PMA）的全覆盖单层（ML）二硫化钼。在CoFeB/MgO界面处获得了0.975mJ/m ~ 2的大的垂直界面各向异性能，与在磁性隧道结系统中观察到的相当。研究发现，在铁磁金属（FM）和二维材料之间插入MgO可以有效地阻止FM原子向二维材料中的扩散。此外，MoS 2 ML有利于MgO（001）织构，并对建立大PMA起关键作用。对类似Fe/MgO/MoS 2结构的第一性原理计算表明，MgO厚度可以改变MoS 2的能带结构，从7 ML-MgO的间接带隙改变为3 ML-MgO的直接带隙。Fe的邻近效应导致3 ML-MgO结构的价带在Γ点产生10 meV的分裂，而7 ML-MgO结构的邻近效应可以忽略不计。这些结果为在二维过渡金属二硫属化合物材料上开发RT自旋光电子器件奠定了基础。
2021-06-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Calculation of the Formation Energy in MgO-CaO Solid Solutions
采用实空间多重散射理论和局域密度近似计算了有序和无序MgO-CaO固溶体的电子结构和总能量。根据总能量对晶胞体积的依赖关系，确定了不同溶液组成下的平衡晶格参数和形成能。发现固溶体的形成能为正，这与实验相图相一致，显示出可混性间隙。
2001-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Effects of pressure on diffusion and vacancy formation in MgO from non-empirical free-energy integrations
利用自由能积分和无可调参数的非经验离子模型，通过分子动力学计算了MgO中空位对形成和迁移的自由能。在0 ~ 140 GPa和1000 ~ 5000 K的压力范围内，得到了MgO的内禀扩散常数。在实验误差范围内，发现与零压扩散数据非常吻合。同系温度模型，它涉及到的熔化曲线的扩散，很好地描述了我们的高压在我们的理论框架内的结果。
1997-06-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Reinvestigation on large perpendicular magnetic anisotropy in Fe/MgO interface from first-principles approach
采用第一性原理密度泛函方法研究了磁性金属Fe/MgO界面和电介质绝缘体Cr层下的电子结构和磁各向异性.结果表明，界面共振态随着Fe层数的减少而被占据，与典型的刚性能带图不同，在厚度依赖的振荡行为中发现了大的垂直各向异性。我们讨论的方案的二维范霍夫奇异性与平带色散，以及各向异性能量的准确性与现有的实验数据进行比较。
2017-08-08 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies of ground- and excited-state properties of MgO, ZnO, and CdO polymorphs
采用基于密度泛函理论的从头计算赝势方法，采用广义梯度交换和关联修正以及投影增强波，研究了MgO，ZnO和CdO在岩盐，氯化铯，氧化锌和纤锌矿结构中的结构，能量，电子和光学性质.在MgO的情况下，我们还研究了砷化镍结构和石墨相。研究了岩盐（MgO，CdO）和纤锌矿（ZnO）基态相在静水压力和双轴应变下的稳定性。我们还提出了所有多晶型物的能带结构以及伴随的介电函数。我们讨论了基态几何形状和基本间隙与氧化物中的第II族阳离子的大小的异常化学趋势的物理原因。的浅Zn3d和Cd4d电子的作用是严格审查。
2006-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Oxygen Vacancy Defects on Electronic and Optical Properties of $MgO$ Monolayers: First Principles Study
用密度泛函理论的混合水平研究了MgO（111）单分子膜中氧空位缺陷引起的光电性质。HSE计算表明，由于引入氧空位，MgO单层的电子带隙显着减少。原始单分子膜具有宽带隙（4.84 eV，间接）半导体行为，当氧空位缺陷浓度分别增加6.25%和12.5%时，带隙分别变为2.97 eV（间接）和2.28 eV（直接）。因此，氧空位的存在导致能量红移的观察到的光学现象与原始单层。最重要的是，具有两个连续空位的双空位系统显示出最强的光学吸收，并且在电磁波谱中从可见光到紫外区域的光谱范围内也变得光学响应。因此，在MgO单层中产生氧钒可能是获得合适的太阳能材料的富有成效的技术。
2022-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Pressure dependent electronic properties of MgO polymorphs: A first-principles study of Compton profiles and autocorrelation functions
在密度泛函理论的框架下，采用第一性原理周期线性组合原子轨道方法，在CRYSTAL 06程序中实现，研究了压力对MgO的康普顿轮廓和自相关函数的影响.对MgO的B1、B2、B3、B4、B8_1和h-MgO多晶型物进行计算以计算晶格常数和体积模量。等温焓计算结果表明，B_4 → B_8_1、h-MgO → B_8_1、B_3 → B_2、B_4 → B_2和h-MgO → B_2的转变分别发生在2，9，37，42和64 GPa。发现B8_1到B2和B1到B2的高压转变分别发生在340和410 GPa。压力依赖性的变化主要是观察到的价电子康普顿配置文件，而核心配置文件几乎是独立的压力在所有的MgO多晶型。压力的增加导致价态康普顿分布的加宽。在所有结构中，康普顿分布的二阶导数的主极大值都向高动量侧移动。在B1到B2结构相变中动量密度的重组在转变压力之前和之后的一阶和二阶导数中可见。自相关函数的特征随着压力的增加而向低r侧移动。
2012-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring tunnel magnetoresistance by ultrathin Cr and Co interlayers: A first-principles investigation of Fe/MgO/Fe junctions
本文系统地研究了Fe（001）/MgO/Fe（001）磁性隧道结中Co和Cr中间层的电子结构和输运性质随中间层厚度的变化。自旋相关的弹道输运计算的结果显示选项，具体操纵隧道磁阻比。电阻面积积和隧道磁电阻比随Cr厚度的变化呈现单调的趋势，并有明显的振荡。这些调制直接解决和解释的Cr膜中的磁结构和复杂的能带结构的影响。嵌入式Co夹层的特性是相当大的影响，由本地电子结构分析的界面共振。
2010-01-13 cond-mat.mtrl-sci
First principles modeling of tunnel magnetoresistance of Fe/MgO/Fe trilayers
采用密度泛函理论，在Keldysh非平衡格林泛函理论框架下，计算了Fe/MgO/Fe三层结构的非线性和非平衡量子输运性质随外加偏压的变化.对于弛豫良好的原子结构的三层，平衡隧道磁电阻比（TMR）被发现是非常大的，也相当稳定，对小的变化，原子结构。作为外部偏置电压的函数，TMR单调降低到零，电压范围约为1V，与实验观察一致。我们目前的非平衡输运性质的理解，通过调查的微观细节的散射态和布洛赫带的铁铅。
2006-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Interface-related magnetic and vibrational properties in Fe/MgO heterostructures from nuclear resonant spectroscopy and first-principles calculations
我们结合$^{57}$ Fe穆斯堡尔谱和$^{57}$ Fe核共振非弹性X射线散射（NRIXS）在纳米级多晶[bcc-$^{57}$ Fe/MgO]多层膜中，具有不同的Fe层厚度和基于层分辨密度泛函理论（DFT）的（001）取向[Fe（8 ML）/MgO（8 ML）]（001）异质结构的第一性原理计算来解开界面-多层膜系统的相关原子振动特性。在理论和实验中，我们观察到一贯增强的超精细磁场相比，散装这是与Fe/MgO界面层。NRIXS和DFT都揭示了一个强烈的纵向声学（LA）声子峰的降低，结合低能量振动态密度（VDOS）的增强，这表明界面的存在和相关的层分辨磁矩的增加导致Fe部分VDOS的剧烈变化。从实验和计算的VDOS，振动热力学性质已被确定为Fe厚度的函数，并被发现是非常好的协议。
2020-01-30 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of magnetocrystalline anisotropy at the L2$_1$ Full Heusler|MgO interfaces and tunnel junctions
用第一性原理计算研究了Heusler合金$|$ MgO界面的磁晶各向异性。结果表明，Co封端的Co $_{2}$ FeAl $|$ MgO界面表现出垂直磁各向异性，最高可达1.31 mJ/m $^2$，而FeAl封端的界面表现出面内磁各向异性.原子层分辨分析表明，Co $_{2}$ FeAl $|$ MgO界面垂直磁各向异性的起源可以归因于界面Co原子的面外轨道贡献。同时，Co $_{2}$ MnGe和Co $_{2}$ MnSi与MgO的界面倾向于有利于所有终端的面内磁各向异性。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Theory of Five- and Six-Phonon Scatterings
Portland State University（波特兰州立大学）
本研究通过首原理理论计算揭示了五阶和六阶声子散射在Si、MgO和BaO中的不同行为，发现BaO中高阶声子散射显著降低晶格热导率。
2025-10-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-principles study of enhancement of perpendicular magnetic anisotropy obtained by inserting an ultrathin LiF layer at an Fe/MgO interface
永磁各向异性（PMA）是磁阻随机存取存储器（MRAM）的一个重要特性。为了提高MRAM的面密度，重要的是找到一种方法来增强PMA。最近报道了通过在Fe/MgO界面处插入LiF层来强烈增强PMA [T. Nozaki等人，NPG Asia Materials（2022）14：5]。为了理解所观察到的PMA增强的起源，我们对以下四种多层结构的磁晶各向异性能（MAE）进行了第一性原理计算：Fe/MgO、Fe/LiF/MgO、Fe/FeO/MgO和Fe/FeF/LiF/MgO。发现Fe/LiF/MgO和Fe/FeF/LiF/MgO结构的MAE与Fe/MgO结构的MAE几乎相同，而Fe/FeO/MgO结构的MAE不到Fe/MgO结构的一半。结果表明，在Fe/MgO界面处插入LiF层可提高PMA的性能，其主要原因是抑制了界面处Fe和O原子的混合。我们还发现面内Fe-F耦合对MAE有正贡献，而面内Fe-O耦合对MAE有负贡献。研究结果对高PMA材料的设计具有一定的指导意义。
2023-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Melting curve of face-centred-cubic nickel from first principles calculations
采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法计算了Ni在100 GPa下的熔化曲线。我们使用了两种互补的方法：i）与参考系的共存模拟，然后DFT和参考系之间的自由能校正，以及ii）使用包括1000个原子的模拟单元的直接DFT共存。计算的零压力熔化温度在$1637 \pm 10$ K下被略微低估（实验值为1728 K），并且在高压下显著高于金刚石砧座单元实验中的最近测量值[Phys. Rev. B { \bf 87}，054108（2013）]。用DFT方法计算了零压熔化斜率为$30 \pm 2$ K，与实验值28 K符合较好。
2013-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermal spin-transfer in Fe-MgO-Fe tunnel junctions
采用第一性原理波函数匹配方法计算了Fe-MgO-Fe隧道结的热自旋转移矩。在室温下，具有3个MgO单层的结中的TST为10^-7 J/m^2/K，据估计，当势垒的温差超过10 K时，这将导致磁化反转。大的TST可以用界面态通过势垒的多次散射来解释。TST的角度依赖性可能非常偏斜，可能导致热致高频产生。
2011-10-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of Co concentration and interfacial resonance states in Fe$_{1-x}$Co$_x$ magnetic tunnel junctions
Fe $_{1-x}$ Co $_{x}$/MgO磁性隧道结（MTJ）中使隧道磁电阻（TMR）最大化的最佳Co浓度仍在研究中。我们进行了第一性原理传输研究MTJ使用无序电极建模使用虚晶近似（VCA）和有序合金与各种MgO势垒厚度。我们发现，10 - 20 $%$ Co浓度最大化TMR使用VCA来表示电极中的无序。该TMR峰是由于少数d型界面共振态（IRS）而出现的，其被小Co掺杂填充，从而导致反平行电导的降低。用有序Fe $_{1-x}$ Co $_{x}$电极的计算证实了对于小Co浓度的这种少数d型IRS的填充。此外，我们构建了一个10 × 10的超原胞没有VCA明确表示在Fe $_{1-x}$ Co $_x$/MgO界面的无序，这表明了淬火的少数d IRS和在费米能级，同意VCA计算的可用状态显着减少。这些结果解释了最近的实验结果，并提供了影响的IRS的电导和TMR在Fe $_{1-x}$ Co $_x$/MgO隧道结的影响。
2013-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of atomic and electronic structures of MgOFeSe studied by the first-principles calculations
为了帮助人们在硒化铁材料中寻找新的超导体，我们采用第一性原理密度泛函理论计算了MgOFeSe的晶体结构和电子结构. MgOFeSe与铁属元素化物超导体LaOFeAs的母体化合物结构相同。在LaOFeAs中，阴离子O $^{2-}$位于每个LaO四面体的中心。但是对于MgOFeSe，我们发现在MgO层中以阳离子Mg $^{2+}$作为四面体中心的晶体结构在能量上更稳定。MgOFeSe费米面附近的低能能带结构主要由Fe 3 $d$轨道贡献. MgOFeSe的基态是共线反铁磁有序的。Se原子在Fe-Fe层上方的高度约为1.38 μ m，接近于具有最佳超导转变温度的铁磷属元素化物超导体中As原子离Fe-Fe层的高度。
2013-09-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Predicted Oxidation of CO Catalyzed by Au Nanoclusters on a Thin Defect-Free MgO Film Supported on a Mo(100) Surface
在这里，我们展示了第一性原理研究的结果，旨在通过设计底层支持物来调节和控制金纳米团簇的催化活性。我们表明，金簇吸附在一个非常薄的（2层）无缺陷的MgO膜本身负载在Mo（100）上，可以作为CO低势垒氧化的模型催化剂。纳米团簇的涌现活性的起源是吸附的金团簇的维度交叉，从厚MgO膜上的非活性三维（3D）最佳结构，对于负载在Mo（100）上的足够薄的MgO膜（厚度小于1nm），催化活性为2D。
2011-02-15 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of adsorbed Cu_n (n=1-4) microclusters on MgO(100): structural and electronic properties
采用密度泛函方法研究了无缺陷MgO（100）表面Cu_n（n= 1，4）小聚集体的结构和电子性质.计算采用板几何周期性边界条件，超细胞与多达76个原子，并包括充分放松的表面层和所有吸附的原子。单个Cu吸附原子的优选吸附位点在氧原子的顶部。用Perdew-Wang梯度修正的交换相关函数计算了吸附能和Cu-O距离，分别为E_S-A = 0.99 eV和d_S-A = 2.04 Angstroems。表面扩散的鞍点位于“中空”位置，扩散势垒约为0.45 eV。对于吸附的铜二聚体，两种几何形状，一个平行的和一个垂直于表面，是非常接近的能量。对于吸附的Cu_3，线性构型优于三角形构型。对于四聚体，Cu_4最稳定的吸附几何构型为菱形。每个铜原子的吸附能随团簇尺寸的增加而减小，而Cu-Cu结合能增加，迅速变得比吸附能更重要。
1998-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of MgO at High Pressures
采用分子动力学（MD）、非经验离子模型（变分诱导呼吸（VIB）模型）和Green-Kubo理论对MgO的晶格热导率进行了首次非经验计算。计算是第一原理的，因为没有参数适合实验。结果在低压下作为温度的函数，并为2500 K的压力为290 GPa。我们发现，在小的压缩，一个意想不到的小的压力效应，可能是由于饱和的热导率在高温下，由于小的平均自由程。
1997-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature (Ts/Tm < 0.1) epitaxial growth of HfN/MgO(001) via reactive HiPIMS with metal-ion synchronized substrate bias
近年来，通过物理气相沉积的方法低温外延生长难熔过渡金属氮化物薄膜一直是先进薄膜技术中反复出现的主题。在本研究中，150 nm厚的外延HfN层生长在MgO（001）的反应高脉冲磁控溅射（HiPIMS），没有外部衬底加热。由于等离子体加热，最大膜生长温度Ts在70-150 °C的范围内，对应于Ts/Tm = 0.10-0.12（其中Tm是以K为单位的HfN熔点）。在HiPIMS过程中，由于强烈的气体稀薄和过渡到金属离子为主的等离子体，在生长的膜表面入射的气体和被捕获的金属离子通量在时间上被分离。在本实验中，将100 V的负偏压施加到衬底上，在整个沉积期间连续地施加或与离子通量的富金属部分同步。采用两种不同的惰性气体混合物，Ar/N2和Kr/N2，以探测与惰性气体质量和电离势相关的影响。X射线衍射、高分辨率倒易晶格图和高分辨率横截面透射电子显微镜分析的组合确立了所有HfN膜与衬底具有立方体上立方体取向关系，即，[001]HfN|| [001]MgO和（100）HfN||（100）MgO。在Ar/N2或Kr/N2中，用连续衬底偏压生长的层表现出相对高的镶嵌性和高浓度的被捕获的惰性气体。与此形成鲜明对比的是，在Kr/N2中生长的层，其衬底偏压与HiPIMS脉冲的富金属离子部分同步，具有低得多的镶嵌性，没有可测量的惰性气体掺入，并且硬度为25.7 GPa，与在Ts = 650 C（Ts/Tm …
2018-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Shot noise in magnetic tunnel junctions from first principles
本文用波函数匹配法计算了弹道和无序Fe/MgO/Fe隧道结中的散粒噪声。对于不超过5个原子层的隧道势垒，我们发现作为磁配置的函数的Fano因子的抑制。对于较厚的MgO势垒的散粒噪声被抑制到阈值偏置指示共振隧穿的开始。当考虑界面无序时，我们发现与最近的实验非常吻合
2011-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Temperature of the inner-core boundary of the Earth: Melting of iron at high pressure from first-principles coexistence simulations
地核由一个半径为1221公里的实心球组成，周围是一个从行星中心延伸到3480公里的液体壳层，大约是向表面延伸的一半（地球的平均半径为6373公里）。核心的主要成分是铁，因此在固体和液体之间的边界（ICB）处遇到的压力下铁的熔化温度提供了核心温度的估计。在这里，我报告的熔融温度的Fe在压力附近的ICB，获得第一原理技术的基础上密度泛函理论。通过直接模拟铁的固液共存进行了计算，结果表明，在$\sim 328$ GPa的压力下，铁在$\sim 6370\pm 100$ K下熔化。这些发现与早期的模拟结果非常一致，早期的模拟使用了完全相同的量子力学技术，但通过计算固体和液体Fe的自由能获得了熔化特性
2009-02-11 cond-mat.mtrl-sci
On-the-fly machine learning force field generation: Application to melting points
开发了一种高效、鲁棒的动态机器学习力场方法，并将其集成到电子结构代码中。该方法在分子动力学模拟过程中基于贝叶斯推断实现了机器学习力场的自动生成，其中只有当已经采样的数据集出现新的配置时才执行第一性原理计算。应用该方法计算了Al、Si、Ge、Sn和MgO的熔点。应用表明，在力场生成过程中，超过99%的第一性原理计算被忽略。这允许机器在宽相空间上快速构建第一原理数据集。此外，在生成的机器学习力场的帮助下，与第一性原理计算相比，模拟加速了数千倍。用热力学微扰理论检验了力场计算熔点的准确性，结果表明机器学习力场可以定量再现第一原理熔点。
2019-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-principles investigation of the very large Perpendicular Magnetic Anisotropy at Fe|MgO Interfaces
采用第一性原理计算研究了铁磁过渡金属与金属氧化物界面处的垂直磁各向异性。在这项工作中，非常大的PMA值高达3 erg/cm $^2$在Fe $|$ MgO界面的报道与最近的实验。PMA的起源归因于$p_z$和过渡金属$d_{z^2}$轨道与$d_{xz(yz)}$轨道的杂化之间的重叠，对于垂直磁化取向，在费米能级周围具有较强的自旋-轨道耦合诱导分裂。此外，它表明，PMA值减弱的情况下，过氧化或氧化不足时，氧$p_z$和过渡金属$d_{z^2}$轨道重叠的无序的强烈影响，与磁性隧道结中的实验观察。
2010-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
DFT study of structural, electronic and optical properties of 2D MgO monolayer under bi-axial mechanical strain
本文基于第一性原理计算，研究了双轴机械应变下二维MgO单层的结构、电子和光学性质，发现其保持间接带隙半导体特性并准确定量了各项光学参数。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear bias dependence of spin-transfer torque from atomic first principles
利用第一性原理分析了Fe/MgO/Fe磁性隧道结中自旋转移矩（STT）与偏压的关系。随着偏置电压从零开始增加，面内STT从线性变化到非线性。STT的角度依赖性在低偏压下是对称的，但在高偏压下是不对称的。非线性行为由STT与偏倚曲线中的阈值点标记。高偏置非线性STT被发现是由反平行配置的磁矩的谐振传输通道控制。由于MgO中的氧空位引起的无序散射显著地改变了STT阈值偏置。
2011-07-24 cond-mat.mtrl-sci
First principle investigation of the structural and electronic properties of the gallium clusters and their influence on the melting characteristics
第一性原理计算已经被用来理解实验观察到的镓团簇热容特性的尺寸敏感性变化[G。A. Breaux { \it et. al.} J. Am.美国化学学会，{ \bf 126}，8628（2004）]。据报道，虽然一些簇表现出明显的固体状到液体状的转变，但其他簇表现出连续的转变，在热容曲线中没有峰。此外，在20至46的尺寸范围内，团簇的熔化温度也表现出约300 K（500- 800 K）的变化。在目前的工作中，我们将所观察到的有限温度特性与其基态中的几何形状和成键性质相关联。我们证明，当地秩序（即，以类似强度键合的原子岛）导致热容曲线形状的变化。我们归因于较高的熔融温度的集群存在不同的核心和强共价键之间的核心和表面原子。
2006-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Anatomy of perpendicular magnetic anisotropy in Fe/MgO magnetic tunnel junctions: First principles insight
利用第一性原理计算方法，通过计算轨道和层分辨对总各向异性值的贡献，阐明了Fe/MgO磁性隧道结中垂直磁各向异性（PMA）的微观机制.结果表明，大的PMA值的来源远远不是简单地考虑Fe-3d $ and O-2p orbitals at the interface between the metal and the insulator. On-site projected analysis show that the anisotropy energy is not localized at the interface but it rather propagates into the bulk showing an attenuating oscillatory behavior which depends on orbital character of contributing states and interfacial conditions. Furthermore, it is found in most situations that states with $ d_{yz(xz)} $ and $ d_{z^2} $ character tend always to maintain the PMA while those with $ d_{xy} $ and $ d…
2013-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perpendicular magnetic anisotropy at the Fe/MgAl$_2$O$_4$ interface: Comparative first-principles study with Fe/MgO
对Fe/MgAl $_2$ O $_4$界面磁晶各向异性进行了理论研究。该系统在界面处具有非常小的晶格失配，因此适合于实现用于磁性隧道结的完全相干的铁磁体/氧化物界面。在密度泛函理论的基础上，计算了界面各向异性常数$K_{\rm i}$，表明该体系具有与$K_{\rm i} \approx 1.2\,{\rm mJ/m^2}$的界面垂直磁各向异性（PMA），比Fe/MgO体系的PMA稍小（$K_{\rm i} \approx$ 1.5- 1.7 $\,{\rm mJ/m^2}$）。对自旋轨道相互作用的二阶微扰分析表明，Fe/MgAl $_2$ O $_4$和Fe/MgO之间的$K_{\rm i}$差异源于界面处自旋翻转散射项贡献的差异.我们认为在Fe/MgAl $_2$ O $_4$界面上插入钨层是获得大尺寸界面PMA与$K_{\rm i} \gtrsim 3\,{\rm mJ/m^2}$的一种很有前途的方法。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling magnetoresistance in trilayer structures composed of group-IV ferromagnetic semiconductor Ge1-xFex, MgO, and Fe
IV族铁磁半导体Ge_（1-x）Fe_x（GeFe）是Si和Ge的高效自旋注入器和探测器的最有前途的材料之一。最近的第一性原理计算（Sakamoto等人，参考文献9）提出，费米能级位于GeFe带隙中形成的两个重叠的大自旋极化带中：自旋向下的d（e）带和自旋向上的p-d（t2）带。因此，重要的是要澄清这些带如何有助于自旋注入和检测。在这项研究中，我们展示了第一次成功观察到的隧道磁阻（TMR）的磁性隧道结（MTJ）中含有第IV族铁磁半导体，即，在MTJ外延生长的Fe/MgO/Ge0.935Fe0.065组成。我们发现GeFe中的p-d（t2）带主要负责隧穿输运。虽然所获得的TMR比率小（0.3%），但是通过抑制经由在MgO中观察到的非晶状晶畴的漏电流，预期TMR比率提高。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Overestimation of melting temperatures calculated by first-principles molecular dynamics simulations
本研究系统评估 FP-MD 对半导体、金属和氧化物熔点的预测，发现除 Si 外普遍高估，并揭示晶胞尺寸、LDA/GGA 过束缚及液体能量耗散的影响。
2024-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Giant variation of the perpendicular magnetic anisotropy at Fe/MgO interfaces by oxygen migration: a first-principles study
采用{ \it ab initio}方法对Fe/MgO界面氧迁移路径进行了系统的能量学研究，揭示了Fe/MgO界面氧迁移对垂直磁各向异性（VCMA）电压控制的特征依赖性.我们发现，表面各向异性能表现出玻尔兹曼S形行为作为迁移的O原子浓度的函数。所获得的VCMA效率因子$β$的变化揭示了超过临界浓度的迁移O，约$54\%$，在该各向异性开关从垂直到平面内的饱和极限。此外，取决于所施加的电压的变化范围，两个政权与可逆或不可逆的离子位移预测发生，产生不同的VCMA响应。根据我们的发现，可以从$β$的数量级区分VCMA驱动机制：几十fJ/（V.m）的效应可能与电荷介导效应结合轻微的可逆氧置换相关，而几千fJ/（V.m）的效应更可能与不可逆氧离子迁移相关。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the nature of the melting line of bcc sodium
最近的实验已经获得了高达约130 GPa压力的钠的熔点线，发现从{\em bcc}相的熔点线在{ \em c.a.} 1000 K和31 GPa的压力，在更高的压力下，熔化温度连续下降到118 GPa。在这里，我们报告的第一性原理分子动力学的基础上的研究结果，澄清的性质的最大值和随后的减少行为中发现的钠的熔点线。
2006-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Exploring electronic, optical, and phononic properties of MgX (X=C, N, and O) monolayers using first principle calculations
本研究通过第一性原理计算探究三种MgX单层的多类物理特性，验证了其动力学与热力学稳定性，明确了不同材料的电学、热学及光学性能差异，为相关器件应用提供了理论依据。
2023-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Spin generation in completely MBE grown Co$_2$FeSi/MgO/GaAs lateral spin valves
我们展示了第一次测量成功的自旋产生晶体Co $_2$ FeSi/MgO/GaAs的混合结构生长的分子束外延（MBE），具有不同的MgO夹层厚度。使用非局域自旋阀和非局域Hanle测量配置，我们确定自旋寿命${τ\approx 100}$ ~ns和自旋扩散长度${λ\approx 5.6}$ ~ $μ$ m不同的MgO层厚度证明高品质的GaAs输运沟道。对于优化的MgO层厚度，自旋阀信号的偏置依赖性指示根据第一原理计算的Co $_2$ FeSi的半金属间隙（上边缘）的验证。除此之外，高达18 $\%$的自旋产生效率揭示了MgO夹层在Co $_2$ FeSi/GaAs界面处的高电势，用于进一步的器件应用。
2019-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spincaloric properties of epitaxial Co$_2$MnSi/MgO/Co$_2$MnSi magnetic tunnel junctions
用第一性原理计算研究了半金属Co $_2$ MnSi Heusler电极、MgO隧穿势垒和不同界面终端的外延磁性隧道结的电子输运和旋热性质。提出了一种新的方法spincaloric属性，绕过固有的线性响应近似的塞贝克系数和Sivan和Imry的方法相比。这种方法支持两个电极中的两个不同温度，并提供系统的精确电流和/或电压响应。此外，它占温度依赖的电极和有限偏压效应的化学势。我们发现，特别是前者是重要的获得定性正确的结果，即使化学势的变化很小。它示出了如何spincaloric属性可以定制的生长条件的选择。我们发现一个大的有效和自旋相关的Seebeck系数$-65$ $μ$ V/K在室温下的纯钴终止界面。我们建议在热操作的磁阻随机存取存储器模块，利用磁塞贝克效应，以最大限度地提高热致读出电压使用这样的接口。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Isotropic non-local Gilbert damping driven by spin currents in epitaxial Pd/Fe/MgO(001) films
虽然理论和实验结果都证明了铁磁/半导体界面处的阻尼因子是各向异性的，但在重金属/铁磁金属（HM/FM）双层膜中，自旋电流驱动的非局域Gilbert阻尼因子是否是各向异性的还没有得到很好的理解.在这里，我们研究了不同的Pd和Cu覆盖层的外延Fe/MgO（001）薄膜的磁弛豫的面内角度和频率依赖性。在分析了寄生效应，如双磁振子散射（TMS）、镶嵌效应和场拖曳效应后，我们明确地观察到局域和非局域Gilbert阻尼在Fe（001）面上都是各向同性的，这表明在外延Pd/Fe异质结构中纯自旋电流的吸收与Fe的磁化方向无关.第一性原理计算表明，Pd/Fe界面的有效自旋混合电导在不同磁化方向上几乎不变，这与实验结果一致.这些结果提供了一个有价值的洞察纯自旋电流的传输和吸收，并促进我们利用下一代自旋电子器件。
2018-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling interface and thickness effects on hydrogen absorption in V/MgO: experiments and DFT
School of Electronic Technology and Engineering, Shanghai Technical Institute of Electronics and Information（上海电子信息职业技术学院电子技术与工程学院）；School of Materials Science and Engineering, Shanghai University（上海大学材料科学与工程学院）
通过实验与DFT计算研究V/MgO薄膜中界面和厚度对氢吸收的影响，发现界面电子杂化削弱氢结合，超薄极限下熵变增大且相变临界温度被抑制，表明层厚与界面工程可调控可逆氢吸收。
2025-11-09 cond-mat.mtrl-sci
The Ab Initio Melting Curve of Aluminium
用固体和液体自由能的第一性原理计算确定了0 ~150 GPa范围内铝的熔化曲线。计算是基于密度泛函理论的广义梯度近似使用超软范德比尔特赝势。的谐波固体的自由能已计算准谐波近似使用小位移法，液体的自由能和非谐波修正的自由能的固体已计算通过热力学积分从合适的参考系，热平均使用从头计算分子动力学。得到的熔化曲线与静态压缩测量和冲击数据都很好地吻合。
2001-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Magnesium Oxide at Extreme Temperatures and Pressures Studied with First-Principles Simulations
我们结合两种第一性原理的计算机模拟技术，路径积分Monte-Carlo和密度泛函理论分子动力学，确定了氧化镁在密度为0.35 ~ 71~ gPDMATHABMM cm $^{-3}$，温度为10，000 K ~ $5\times10^8$ ~K的温密物质状态方程。这些条件与巨行星和恒星的内部以及冲击波压缩测量和惯性约束聚变实验有关。我们研究了MgO的电子结构和电离机制作为密度和温度的函数。我们发现，镁和氧的L-壳层轨道杂化在高密度。这导致随着密度和温度的增加，L壳层逐渐电离。在这方面，MgO的行为与纯氧不同，这反映在MgO主震Hugoniot曲线的形状上。氧的曲线显示两个压缩最大值，而MgO的曲线仅显示一个。我们预测在温度为6.73 $\times 10^7$ K时，最大压缩比为4.66。最后，我们研究如何多重冲击和斜坡波可以用来覆盖一个大的密度和温度范围。
2020-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
First-principles theory and calculation of flexoelectricity
我们开发了一个通用的和统一的第一性原理理论的压电和挠曲电张量，制定这样一种方式，张量元素可以直接计算的背景下，密度泛函计算，包括电子和晶格的贡献。我们介绍了一个实用的超原胞为基础的方法计算的挠曲电系数的第一性原理，并证明他们通过计算各种立方绝缘材料的系数，包括C，Si，MgO，NaCl，CsCl，BaZrO 3，BaTiO 3，PbTiO 3和SrTiO 3。
2013-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Melting properties of a simple tight-binding model of transition metals: I.The region of half-filled d-band
我们提出了一个简单的紧束缚模型的过渡金属的自由能的计算，因此熔化特性，在该区域的d-带填充附近的中间的d-系列，该模型的参数被设计为模仿钼。的熔融性能计算的压力范围从环境到几个兆巴。该模型旨在成为能量的两个基本部分的最简单可能的紧束缚表示：第一，由于费米排斥而产生的成对排斥;第二，根据依赖于结构的电子态密度描述的d带键能。除了d电子数外，该模型还包含四个参数，这些参数被调整以拟合Mo的压力依赖的d带宽度和零温压力-体积关系。我们表明，由此产生的模型再现良好的声子色散关系的Mo的体心立方结构，以及径向分布函数的高温固体和液体由早期的第一性原理模拟。我们的自由能计算从纯排斥对势模型的液相和固相的自由能开始，没有d带键。完全紧束缚模型的自由能由此通过热力学积分获得。由此产生的熔化特性的模型是相当接近的早期的第一性原理工作的钼。这些熔化属性的解释是通过显示它们是如何与那些纯粹的排斥模型。
2009-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Al20+ does melt, albeit above the bulk melting temperature of aluminium
采用第一性原理平行回火分子动力学的微正则系综，我们报告了一个明确的固-液-样的熔融转变的存在下，在Al 20+团簇，没有发现在实验中。由多重直方图法得到的相变温度为993 K，比铝的熔点高60 K。均方根键长涨落、速度自关联函数和相应的功率谱进一步证实了从类固相到类液相的相变。分子中原子分析表明，内部和表面原子之间存在强烈的电荷分离，内部原子带负电荷，表面带正电荷。计算的扩散系数的分析表明，不同的流动性的内部和表面原子在类固相，和这些集群的内部原子的环境之间的差异与散装原子的提出了一个物理图片的起源比散装熔化温度。
2014-11-07 cond-mat.mtrl-sci
SLUSCHI-UP: A Web Infrastructure for SLUSCHI Melting-Temperature Calculations Using Universal Machine-Learning Interatomic Potentials
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文提出了SLUSCHI-UP，一个将SLUSCHI工作流与可选的通用机器学习原子间势（uMLIP）及异步GPU执行相结合的在线熔点计算服务，实现了无需本地安装的原子级熔点估计。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Melting temperature prediction via first principles and deep learning
熔化是一个高温过程，需要大量的采样配置空间，从而使熔化温度预测计算非常昂贵和具有挑战性。在过去的几年里，我已经建立了两种方法来应对这一挑战，一种是通过直接密度泛函理论（DFT）分子动力学（MD）模拟，另一种是通过深度学习图神经网络。DFT方法是基于小尺寸固液共存MD模拟的统计分析。它消除了快速加热方法中亚稳态过热固体的风险，同时相对于传统的大规模共存方法也显著降低了计算机成本。它既准确又高效（每种材料几天的速度），被认为是直接DFT熔融温度计算的最佳方法之一。深度学习方法基于图神经网络，有效地处理化学式中的排列不变性，从而大大提高效率并降低成本。在每个材料毫秒的速度下，该模型非常快，同时具有中等精度，特别是在数据集扩展的组成空间内。我已经将这两种方法实现到自动化的计算机代码包中，使它们公开可用并免费下载。DFT和深度学习方法彼此高度互补，因此它们可以很好地集成到解链温度预测的框架中。我展示了将这些方法应用于材料设计和发现高熔点材料的示例。
2022-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-principles theory of frozen-ion flexoelectricity
我们表明，冷冻离子的贡献的挠曲电系数的原子位移引起的电荷密度畸变的三阶矩的总和，即使是铁电或压电材料。我们介绍了几个实用的超原胞为基础的方法来计算这些系数的第一性原理，并证明他们通过计算系数的C，Si，MgO，NaCl，SrTiO $_3$，BaTiO $_3$，和PbTiO $_3$。三个重要的微妙之处与赝势，表面的处理，和计算的横向分量进行了讨论。
2011-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast carrier relaxation and its Pauli drag in photo-enhanced melting of solids
超快光-物质相互作用是研究固体的有力工具。在激光激发时，由于远离平衡载流子弛豫，可以发生载流子倍增和超过热速度的晶格加速。电子-电子和电子-声子散射的作用是确定的第一性原理动力学模拟，从一个统一的相图出现。它不仅解释了实验观察到的“惯性”熔化，而且还预测了异常阻尼的泡利不相容原理与超高强度激光应用的新视角。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High tensile strength and thermal conductivity in BeO monolayer: A first-principles study
在最新的实验进展中，通过分子束外延在银表面上成功地生长了石墨烯样和绝缘BeO单层（ACS Nano 15（2021），2497）。受这一成就的启发，在这项工作中，我们进行基于第一性原理的模拟，以探索石墨烯类BeO，MgO和CaO单层的电子，机械性能和热导率。所考虑的纳米片被发现显示出理想的热稳定性和动态稳定性。BeO单层被发现显示出非常高的弹性模量和拉伸强度，分别为408和53.3 GPa。BeO，MgO和CaO单分子膜的电子带隙预测分别为6.72，4.79和3.80 eV，使用HSE 06功能。基于Boltzmann输运方程的迭代解，预测了BeO、MgO和CaO单分子膜的室温晶格热导率分别为385、64和15 W/mK。我们的研究结果表明，通过增加金属原子的重量，电子带隙，机械强度和热导率显着下降。这项工作突出了卓越的高热导率，载流子迁移率和机械强度的绝缘BeO纳米片，并建议他们作为有前途的候选人，设计强大的绝缘组件具有高热导率。
2021-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous melting behavior of solid hydrogen at high pressures
氢是宇宙中最丰富的元素，它在高温高压条件下的性质对于理解大型气态行星和其他天体的内部至关重要。在超高压下，固体氢由于其高零点运动而被预测转化为量子流体。在这里，我们报告的第一性原理两相共存和Z方法测定的熔点线的固体氢的压力范围从30到600 GPa。我们的结果表明，由经典分子动力学模拟得到的固态氢的熔点线在430 GPa附近达到最小值367 K，在更高的压力下，原子Cs IV相的熔点线恢复正斜率。考虑到氢气在如此低的温度下的量子效应的可能重要性，我们还采用费曼路径积分模拟确定了400，500，600 GPa压力下CsIV原子相的熔化温度。这些结果在一个向下移动的经典的熔点线约100 K，并暗示在一个可能的第二个最大值的熔点线在500和600 GPa之间的区域，证明了量子效应在这个系统中的重要性。结合起来，我们的结果意味着零温度量子液相的稳定场，如果它存在的话，只会发生在比以前认为的更高的压力下。
2013-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Structural and magnetic properties of epitaxial films of CoIrMnAl equiatomic quaternary Heusler alloy designed from first-principles calculation
具有半金属Heusler合金电极的MgO势垒磁性隧道结在自旋电子学中的应用引起了人们的广泛关注。然而，与材料相关的几个问题仍然有待解决，以供实际使用。近年来，四分之一等原子Heusler合金作为先进的Heusler合金受到人们的关注。CoIrMnZ（Z = Al、Si、Ga和Ge）半金属Heusler合金被设计和预测为具有适中的居里温度并且与MgO势垒晶格匹配，这有利于传统的Co2 Heusler合金[T. Roy等人，J.马格.马格.板牙498，166092（2020）]。在这里，我们实验研究的结构和磁性的薄膜的合金之一，CoIrMnAl与溅射沉积。我们成功地获得了B2化学有序的薄膜，即使没有后退火过程。在500-600 $^\circ$ C退火的薄膜的晶格常数接近预测值。在10 K时的磁化强度接近500 kA/m，居里温度约为400 K，这是预测的完全有序结构的值的70%左右。根据第一性原理计算的预测，在B2有序CoIrMnAl中出现亚铁磁性，并出现Co-Ir和Mn-Al的全交换无序和Co-Mn的几乎全交换无序，很好地解释了这些B2有序薄膜中所观察到的磁性。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Assessment of First-Principles Methods in Modeling the Melting Properties of Water
Princeton University（普林斯顿大学）；Eastern Institute of Technology（东方理工学院）；CIC nanoGUNE BRTA（nanoGUNE应用研究中心）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯科克，巴斯克科学基金会）
本文评估了不同第一性原理方法在建模水熔化性质中的表现，发现MB-pol与实验一致，而其他方法存在预测偏差。
2025-12-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
First-principles prediction of high Curie temperature for ferromagnetic bcc-Co and bcc-FeCo alloys and its relevance to tunneling magnetoresistance
我们确定从第一性原理的居里温度Tc为散装钴的hcp，面心立方，体心立方，四方化的bct相，FeCo合金，体心立方和bct铁。对于bcc-Co，Tc=1420 K。这将是Co相中的最高居里温度，表明bcc-Co/MgO/bcc-Co隧道结即使在室温下也提供高的磁阻比。居里温度的计算是通过映射从头计算结果的海森堡模型，这是通过蒙特卡罗方法求解。
2006-12-19 cond-mat.mtrl-sci
