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镧系元素化合物具有丰富多彩的光、电、磁学性质,取决于镧系元素特殊的电子结构,特别是与接近Fermi面的价带和导带的结构有密切关系。本论文围绕EuB6对二价镧系元素化合物开展理论研究,采用基于标量相对论近似密度泛函理论的FP-LAPW方法(加上必要的校正)对EuB6和相关的体系进行能带计算,在此基础上计算体系的一些光学函数并对谱峰作出理论指认。内容概括如下:
(1)计算了EuB6和YbB6的能带结构以及光电导率谱和能量损失函数谱,结果与实验符合良好。阐明了能带结构与成键情况的关系,指出EuB6具有半金属性质主要源于镧系原子5d轨道的成键作用。4f占据带的Pauli排斥也起一定作用。对光电导率谱作出理论指认,证实了前人经验指认的合理部分,指出其不正确的指认。比较了EuB6和YbB6体系的异同及其产生的原因。
(2)研究了掺杂体系CaxEu1-xB6的能带结构和光电导率谱随掺杂比x改变的规律。得到的掺杂体系的光导电率谱以及谱峰位置、等离子体振荡频率平方和最小带隙等光学特征随x变化的情况与实验符合很好。阐明了变化规律的微观机理。
(3)计算了EuB6的磁光Kerr偏转谱,谱峰位置与实验测量结果一致。确定了谱峰与带间电子跃迁的联系,证实前人用半经验拟合方法得到的结果的合理性,也揭示了半经验拟合方法的缺陷。
(4)计算了掺杂体系Pb1-xEuxTe的能带结构及其磁光Kerr偏转谱和Faraday偏转谱。计算得到的掺杂体系最小带隙与由实验确定的最小跃迁能随掺杂比变化的规律符合相当好。磁光Kerr偏转谱和Faraday偏转谱的计算结果与实验基本符合。对EuTe的磁光偏转谱的理论指认与前人的经验指认一致。
此外,针对固体光谱的复杂性,提出了一种方法并且编出计算程序,可以确定对各个谱峰有贡献的每个带间电子跃迁、跃迁发生的→κ点以及跃迁始末态波函数的主要成分,得出能带间电子跃迁和谱峰之间清楚的联系,实现对谱峰明确的指认。