ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------

BÙI THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ CỦA MỘT SỐ
PEROVSKITE TỪ TÍNH PHA TẠP ĐẤT HIẾM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------

BÙI THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ CỦA MỘT SỐ
PEROVSKITE TỪ TÍNH PHA TẠP ĐẤT HIẾM

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn

Mã số: 60440104

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Bạch Hƣơng Giang

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PEROVSKITE VÀ VẬT LIỆU CaMnO3 .... Error!
Bookmark not defined.
1.1.Tổng quan về vật liệu perovskite .............................. Error! Bookmark not defined.
1.1.1.Cấu trúc tinh thể ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Cấu hình điện tử ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.3. Các tƣơng tác vi mô dẫn tới tính chất từ trong hệ vật liệu perovskite ... Error!
Bookmark not defined.
1.2. Hệ CaMnO3 pha tạp.................................................. Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT CẤU TRÚC ĐIỆN TỬ CHẤT RẮN VÀ PHƢƠNG
PHÁP LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ .............. Error! Bookmark not defined.
2.1. Phƣơng pháp lý thuyết cấu trúc điện tử chất rắn .. Error! Bookmark not defined.
2.2. Phƣơng pháp phiếm hàm mật độ (DFT). .............. Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Tính chất lƣợng tử của chất rắn ........................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Gần đúng Thomas-Fermi ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Các định lý Hohengerg-Kohn ............................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4. Phƣơng pháp Kohn-Sham ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.5. Phiếm hàm gần đúng mật độ địa phƣơng (LDA - Local Density
Approximation) ................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.6. Phƣơng pháp gần đúng gradient suy rộng (GGA).Error!

Bookmark

not

defined.
2.3. Lý thuyết phiếm hàm mật độ trong Dmol3. ............ Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Chiến lƣợc vòng lặp tự hợp. .................................. Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Mô hình lý thuyết phiếm hàm mật độ trong Dmol3.Error!
defined.



Tương tác trao đổi kép

DOS (Density of states)

Mật độ trạng thái

DFT ( Density Functional Theory)

Lý thuyết Phiếm hàm mật độ

LDA (Local Density Approximation)

Phiếm hàm gần đúng mật độ địa
phương

GGA(Generalized Gradient

Phương pháp gần đúng gradient suy

Approximation)

rộng

LCAO (Linear Combination of Atomic Tổ hợp tuyến tính các orbital nguyên tử
Orbitals)

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Các phiếm hàm GGA được sử dụng trong chương trình Dmol3


bát diện với năng lượng tách mức 𝐸𝐶𝐹 (CF- crystal field: trường tinh thể), và
tách mức do méo mạng Jahn-Teller với năng lượng tách mức 𝐸𝐽𝑇 (JT – Jahn
– Teller)
Hình 1.5: Méo mạng Jahn-Teller kiểu I, kiểu II

14

Hình 1.6:Tương tác siêu trao đổi giữa các ion Mn+3 qua ion oxy trung gian

17

Hình 1.7: Mô hình tương tác trao đổi kép

18

Hình 1.8: Sự phụ thuộc của điện trở suất ρ, hệ số Seebeck S , hệ số công suất 20
P vào nhiệt độ của mẫu Ca1-x Rx MnO3 (R: La, Dy, Yb và Y).
Hình 1.9:Cấu trúc vùng năng lượng của hệ CaMnO3 (trái) và hệ CaMnO3 21
pha tạp Sr (phải).
Hình 1.10: Mật độ trạng thái (DOS) của hệ CaMnO3 (trái) và hệ CaMnO3 22
pha tạp Sr (phải).
Hình 2.1: Sơ đồ minh hoạ cho định lý Hohenberg-Kohn

27

Hình 2.2.Sơ đồ thuật toán giải phương trình Kohn-Sham bằng vòng lặp tự 36
hợp
Hình 3.1 Các mô hình được sử dụng trong tính toán

40

Ca0.875Yb0.125MnO2.96
Hình 3.9: Các mô hình màng mỏng cấu trúc supercell được sử dụng trong 52
tính toán
Hình 3.10: Cấu trúc vùng năng lượng của màng CaMnO3 không pha tạp có 53
độ dày 1 ô cơ sở.
Hình 3.11: Mật độ trạng thái điện tử của màng CaMnO3 có độ dày 1 ô cơ sở.

54

Hình 3.12: Cấu trúc vùng năng lượng của điện tử trong màng mỏng

55

Ca1-xYxMnO3 pha tạp với x= 0.083 (trái) và x=0.167(phải)có độ dày 1 ô cơ
sở.
Hình 3.13: Mật độ trạng thái điện tử trong màng mỏng pha tạp

56

Ca1-xYxMnO3 có độ dày 1 ô cơ sở với x= 0.083 (trái) và x=0.167(phải).
Hình 3.14: Mật độ trạng thái điện tử riêng phần của Mn và O1, O2 trong 57
màng mỏng Ca1-xYxMnO3 với x= 0.083 (trái) và x=0.167(phải) có độ dày 1 ô
cơ sở.

MỞ ĐẦU
Vật liệu perovskite được bắt đầu biết đến từ đầu thế kỷ thứ IX. Công thức chung
của loại vật liệu này là ABO3 trong đó A là kim loại hóa trị 2 (Ca, Sr…), B thuộc nhóm
kim loại chuyển tiếp (Mn, Fe, Ti), loại vật liệu này có độ bền nhiệt rất cao nên có thể hoạt
động trong môi trường nhiệt độ cao. Do có nhiều tính chất điện - từ - hóa đặc biệt khác
nhau nên perovskite có rất nhiều ứng dụng và được coi là một trong những vật liệu rất lý



Chƣơng 3: Kết quả tính toán cho một số Perovskite nền CaMnO3và thảo luận



Kết luận



Tài liệu tham khảo

7


Tài liệu tham khảo:
[1].Bach Thanh Cong, Toshihide Tsuji, Pham XuanThao, PhungQuocThanh, Yasuhisa
Yamamura (2004), “High-temperature thermoelectric properties of Ca1-xPrxMnO3”,
Physica B: Physics of Condens. Matter,352, pp.18.
[2].Delley. B. J. (1990), “An All-Electron Numerial Method for Solving the Local
Density Functional for Polyatomic Molecules”, Chem. Phys, 92,pp.508.
[3].D.Flahaut, T. Mihara and R. Funahashi,N. Nabeshima,K. Lee,H. Ohta and K.
Koumoto (2006), “Thermoelectrical properties of A-site substituted Ca1-xRexMnO3
system”; Journal of Applied Physics,100, pp.084911.
[4].F.P.Zhang,X.Zhang,Q.M.Lu,J.X.Zhang,Y.Q.Liu,R.F.Fan,G.Z.Zhang (2001) ,“Doping
induced electronic structure and estimated thermoelectric properties of CaMnO3
system”, Physica B, 406, pp. 1258-1262.
[5].Hohenberg. P. and Kohn. W. (1964), “Inhomogeneous electron gas”, Phys. Rev.B,
136, pp. 864-871.
[6]. J. Kanamori (1959), “ Superexchange interaction and symmetry properties of

nanoclusters of CaMnO3: a DFT study”,Physica B: Physics of Condens. Matter,
406, pp. 3613-3621.
[18].Xiao Ping Dai, Ran Jia Li, Chan Chun Yu, and Zheng Ping Hao (2006),“ Unsteadystate direct partial oxidation of methane to synthesis gas in a fixed-bed reactor using
AFeO3 (A= La, Nd, Eu) perovskite-type oxides as oxygen storge” , J.Phys.Chem
.B,110, pp. 22525-22531.

[19]. Yang Wang, Yu Sui, HongjinFan, Xianjie Wang, Yantao Su, Wenhui Su, and
XiaoyangLiu (2009) ,“High Temperature Thermoelectric Response of ElectronDoped CaMnO3”, Chem. Mater, 21, pp. 4653-4660.

9


[20].Zener Calarence (1951) ,“ Interaction between the d-Shells in theTransition
Metals:II. Ferromagnetic Compounds of

Manganesewith Perovskite Structure”,

Phys. Rev. B, 82, pp. 403.

10