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本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对具有电荷序2H-AgNiO2和兼具电荷密度波和超导电性的CuxTaS2两种二维三角格子材料基态电子结构性质、磁性或超导性质进行了理论研究。其主要内容如下:
第一章我们首先介绍了过渡金属化合物中磁有序、电荷序、轨道序、电荷密度波、自旋密度波等基础概念知识,并提出了本文研究内容及其科学意义。
第二章介绍了研究所采用的理论数值计算方法.首先介绍了关于密度泛函理论(DFT)基础知识,其中包括Hohenberg-Kohn定理、Kohn-Sham方程和局域密度近似及最近一些超越局域密度近似的发展;然后着重介绍了我们采用的基于DFT的线性Muffin-Tin轨道组合方法(LMTO)。首先介绍了LMTO基函数的构造,Muffin-Tin势和Muffin-Tin轨道的各种表象变换,然后介绍了原子球近似,最后介绍了我们计算所采用的紧束缚线性Muffin-Tin轨道组合法原子球近似方法(TB-LMTO-ASA)和程序。
第三章我们利用TB-LMTO-ASA方法研究了关联效应对2H-AgNiO2的电子结构的影响和磁性质。首先我们将LSDA和LSDA+U(U=3eV)铁磁态电子结构结果与实验进行比较,发现LSDA+U较LSDA计算结果得到了与实验符合更为接近的磁矩值,且LSDA+U结果很好地解释了光电谱实验观测到的在费米能级EF处出现的赝能隙。因此,我们认为Ni原子间的电子-电子库仑关联效应作用不可忽略。通过不等价Ni原子的投影态密度(P-DOS)分析,证实了电荷序的形成替代常规的Jahn-Teller效应消除了三角格子反铁磁阻挫。通过比较可能的基态磁结构,证实实验观测到的条纹状铁磁序为基态磁结构。由各种磁构型的能级差,我们得到了与根据自旋波理论拟合自旋波色散谱结果相接近的Nil自旋层内和层间最近邻的磁交换常数Jl和Jz。最后得到了Nil位自旋最近邻反铁磁超交换作用的有效跳跃积分。
第四章,我们在TB-LMTO-ASA框架下利用超单胞方法研究了Cu掺杂对2H-TaS2电荷密度波和超导序的调制,计算结果表明,较未掺杂的2H-TaS2,掺入微量的Cu后,可看出费米面体积和载流子浓度略微增大,抑制了体系的电荷密度波涨落,有利于超导形成和超导温度的提高,使体系基态从CDW态向超导态过渡。
最后,我们对本文进行了总结并提出了在这两种材料中值得进一步探索的一些物理问题。