A first-principles study of bcc chromium beyond the generalized gradient approximation (GGA)
Institute of Physics, Nicolaus Copernicus University（尼古拉·哥白尼大学物理研究所）；Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文学系）；Center for Theoretical Physics of Complex Systems, Institute for Basic Science (IBS)（韩国基础科学研究院复杂系统理论物理中心）
本文通过GGA和多种meta-GGA功能化方法研究bcc铬的磁性，发现所有meta-GGA功能化均高估局部磁矩并增强磁摩擦，导致SDW态不稳定，TPSS功能化最接近GGA结果。
2026-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic ground state of SrRuO$_3$ thin film and applicability of standard first-principles approximations to metallic magnetism
系统的第一性原理研究已被执行，以了解薄膜SrRuO $_3$的磁性，大量的研究工作已经投入，但没有明确的共识，已达成关于其基态属性。相对t $_{2g}$能级差、晶格畸变以及层厚度在确定自旋顺序中一起起作用。特别是，重要的是要了解两个标准近似值之间的差异，即LDA和GGA，在描述这种金属磁性。朗道自由能分析和磁化能量比图清楚地显示了有利于磁矩形成的不同趋势，并且当应用于实验信息严重受限的薄膜极限时，其被放大。其结果是，LDA给出了一个定性不同的预测从GGA在实验相关区域的应变，而这两种近似给出合理的结果，为体相。我们讨论了这种差异的起源和相关的氧化物和金属磁性系统的标准方法的适用性。
2017-06-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Assessing exchange-correlation functional performance in the chalcogenide lacunar spinels GaM$_4$Q$_8$ (M = Mo, V, Nb, Ta; Q = S, Se)
我们进行系统的密度泛函理论（DFT）计算，以评估各种交换相关势$V_{xc}$在描述硫属化物GaM $_4$ Q $_8$腔隙尖晶石（M=Mo，V，Nb，Ta; Q=S，Se）的性能。我们在$V_{xc}$的四个不同水平上研究了空隙尖晶石中晶体结构（立方和菱面体对称性）、电子结构、磁性、电导率和晶格动力学的依赖性：局域密度近似（LDA）、广义梯度近似（GGA）、元GGA和分数Fock交换混合。我们发现，LDA显着表现不佳的GGA和更高层次的泛函预测晶格常数。LDA也未能正确描述家族中的磁性，并且对于某些组合物，它没有发现基态扭曲的晶体结构。Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）和PBE修订的固体（PBESol）GGA泛函在预测晶格常数以及电子结构方面表现得相当不错。我们发现，具有原位库仑相互作用的GGA（GGA $+U$）在扭曲的极性$R3m$相中产生半导体态是不必要的。然而，加上Hubbard $U$值在1 $\sim$ 2 eV范围内，改善了GGA泛函的定量性能。元GGA功能扫描预测合理的晶格常数和电子结构，它表现出类似的GGA $+U$泛函小$U$值的行为。混合泛函HSE 06在预测晶格常数方面是准确的，但导致菱形相中的带隙为$\approx$ 1 eV，这高于实验估计的0.2 eV。我们的研究结果表明，准确的定性和定量模拟的腔隙尖晶石家庭与DFT需要仔细注意…
2019-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A meta-GGA perspective on the altermagnetism of RuO2
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
本文通过meta-GGA方法研究RuO₂的交替磁性，发现晶格膨胀、空穴掺杂和单轴应变可促进其形成，并在无参数框架下设定了交替磁性的阈值。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Pitfalls of Exchange-Correlation Functionals in Descriptions of Magnetism: Cautionary Tale of the FeRh Alloy
本文以FeRh合金为例，系统比较LSDA、多种GGA及SCAN泛函在DFT计算中的表现，揭示单一泛函难以同时准确描述结构、电子和磁学性质，并指出开发通用型交换关联泛函的必要性。
2024-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
A Density Functional Study of Magnetism in Bare Gold Nano-clusters
从密度泛函理论的角度探讨裸无帽金纳米团簇的磁性，通过赝势包含标量相对论效应。计算的各种纳米团簇的电子结构表明，永久的尺寸依赖的自旋极化出现没有几何松弛裸团簇，即使散装金是抗磁性的。由于s和d轨道的杂化，团簇的极化基态是有利的，并且裸八面体团簇预计对于约38个原子和更大的团簇尺寸是磁性的。当团簇的表面积与体积之比很小时，团簇的核心是抗磁性的，而大得多的团簇是抗磁性的。原子间距离和集群几何形状的适度变化不改变这一结论。与LDA和EAM预测相反，GGA和混合几何优化揭示了裸金团簇相对于体晶格值的原子间键距增加。这种膨胀增强了预先存在的自旋极化。
2006-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Itinerant Flat-Band Magnetism in Hydrogenated Carbon Nanotubes
我们采用局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的自旋极化从头计算方法研究了氢化碳纳米管的电子和磁性.我们发现，电荷转移和碳网络畸变的共同作用使电子管的能隙中出现了自旋极化的平带。计算了不同半径、不同手征度和不同氢浓度下的基态性质。发现应变或外加电场可以有效地调制平带自旋分裂，甚至诱导绝缘体-金属跃迁。
2010-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of magnetism and electronic structures of substitutional $3d$ transition-metal impurities in bcc Fe
采用基于广义梯度近似（GGA）的全电子全势线性缀加平面波方法，研究了铁磁体心立方铁中Sc到Zn的$3d$杂质原子的磁性和电子结构.我们发现，一般来说，GGA的结果比局域自旋密度近似更接近实验值。计算的生成焓数据表明，在钢设计中，对三元Fe-C- $X$系统而不是二元Fe- $X$系统进行系统研究的重要性。根据局域Stoner模型，对晶格参数进行了优化，并讨论了杂质位自旋极化的条件。我们的计算与以前的工作一致，意味着Sc、Ti、V、Cu和Zn的局域自旋极化是由宿主Fe原子引起的。前过渡金属原子与宿主Fe原子反铁磁耦合，而后过渡金属原子与宿主Fe原子铁磁耦合。计算出的bcc Fe的总磁化强度（$M$）被从Sc到Cr的杂质元素作为反铁磁相互作用的结果而降低，对于铁磁耦合的溶质具有相反的效果。$M$的变化归因于最近邻相互作用，主要是杂质和主体原子之间的相互作用。原子平均磁矩一般遵循著名的Slater-Pauling曲线，但我们的结果不遵循Slater-Pauling曲线的线性。我们将这种差异归因于体心立方铁的弱铁磁性。计算得到的费米接触超精细场遵循局域磁矩的变化趋势。自旋轨道耦合的影响被发现是不显着的，虽然它在远离杂质网站的位置变得突出。
2010-05-24 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles investigation on the effects of magnetism on the Bain transformation of $α$-phase FeNi systems
采用基于广义梯度近似（GGA）的全势线性缀加平面波（FLAPW）方法，研究了磁性对$α$相FeNi体系Bain相变的影响.我们发现，在bcc Fe中的Ni杂质增加铁磁（FM）态的晶格常数，但不增加铁磁（NM）态的晶格常数。体心立方铁的剪切模量$G$和杨氏模量$E$也随着镍含量的增加而增加。所考虑的所有组合物显示出高剪切各向异性，并且体积模量与剪切模量的比率大于1.75，这意味着延展性。$[100]$方向的平均声速大于$[110]$方向的平均声速。Bain相变是马氏体相变的一个组成部分，研究表明Ni-$_{x}$-Fe-$_{1-x}$合金在NM态是弹性不稳定的，而在FM态不是。电子结构解释这些结果在费米能级的态密度。显然，在研究铁及其合金的贝恩相变时，磁性是不可忽略的。
2012-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Structural stability and magnetism of FeN from first principles
在密度泛函理论（DFT）的框架下，采用全电子增广球面波方法（ASW），采用广义梯度GGA泛函处理交换和关联效应，研究了FeN单氮化物的结构和磁性.通过对假定的岩盐型（RS）、锌盐型（ZB）和纤锌矿型（W）结构的能量-体积关系的计算表明，RS型结构比其它结构更稳定。平衡体积下的自旋极化计算结果表明，RS-FeN的基态是高磁矩的铁磁性，而ZB-FeN和W-FeN是非磁性的。畸变对稳定性的影响考虑到考虑FeN在两个不同的面心四面体结构（FCT）：FCT岩盐和FCT锌。讨论了Slater-Pauling-Friedel模型的磁体积效应。报道了从位和自旋投影态密度分析的电子结构。讨论了FeN的结构和磁性，给出了相对于Fe的N局域环境。
2009-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Competition between exchange-driven dimerization and magnetism in diamond(111)
超平边态中强的电子-电子相互作用可以解释物质的相关相，如磁性、电荷密度波或超导性。在这里，我们考虑的金刚石（111）表面，Pandey重建后，呈现锯齿形碳链，产生一个平坦的表面带。通过进行充分的结构优化与混合泛函和忽略自旋极化，我们发现，大量的二聚化（$0.090$双/ $0.076$双键异构化的PBE 0/HSE 06）发生在链上，结构效应的基础上的LDA/GGA泛函的计算中不存在。这种二聚化是在没有自旋极化的情况下打开绝缘间隙的主要机制。PBE 0（HSE 06）中的单粒子直接带隙为$1.7$ eV（$1.0$ eV），与$1.47$ eV的实验光学带隙相当，并且在包括激子效应后，位于估计的实验单粒子带隙窗口1.57-1.87 eV的较大（较小）侧。然而，包括自旋极化的计算中，我们发现，交换相互作用稳定不同的基态，undimerized，没有净磁化和亚铁磁沿Pandey $π$ -链的磁矩大$0.2-0.3~μ_B$在PBE 0。等自旋通道中的直接单粒子带隙约为$2.2$ eV（$1.5$ eV），具有PBE 0（HSE 06）功能。我们的工作与一般的平带系统相关，并且在结构，电子和磁性自由度之间的相互作用至关重要的地方，如扭曲的双层石墨烯，IVB（111）表面上的IVB原子，如Pb/Si（111）或分子晶体。
2019-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional limit of exchange-correlation energy functional approximations in density functional theory
研究了具有二维特征的各向异性体系中密度泛函理论的三维交换相关能泛函近似的行为。利用准二维电子气和双电子量子点两个简单模型，给出了局域密度近似（LDA）的{ \it基本极限}及其半局域扩展形式广义梯度近似（GGA）和亚广义梯度近似（MGGA），它们在强二维极限下的性能都比LDA差.这些缺点的起源是在本地（LDA）和半本地（GGA/MGGA）近似的能力来描述系统的交换相关孔的性质是非常非本地的2D字符。非局部泛函提供了一种替代的方法，明确的平均密度近似（ADA）被证明是非常准确的准二维电子气系统。我们的研究不仅与理解泛函有关，而且对半导体量子结构和材料如石墨和金属表面也有实际应用。我们还评论的影响，我们的研究结果的实际设备模拟的基础上（半）局部密度泛函方法。
1999-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Meta-Generalized-Gradient Approximation made Magnetic
针对密度泛函理论中SCAN元广义梯度近似磁化过度、磁性计算可靠性不足的问题，提出了满足铁磁、反铁磁及非共线态密度泛函近似核心需求的方案，并已在Crystal电子结构包中实现。
2025-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
