采用GGA和GGA+U方法研究立方EuVO?钙钛矿中的半金属铁磁性

《Journal of Molecular Graphics and Modelling》：GGA and GGA+U investigation of half-metallic ferromagnetism in cubic EuVO 3 perovskite

立方铽钒氧化物EuVO3的电子结构、机械稳定性和光热电性能研究表明，采用GGA-PBE和GGA+U方法计算发现其呈现金属到半金属铁磁特性转变，机械强度高且热稳定性优异，在红外与紫外波段具有光响应优势，ZT值达0.16，适用于自旋电子学与能源转换技术。

　　

A. Ben Zoubair | A. Samih | R. El Fdil | A. Nfissi | M. Es-Semyhy | E. Salmani | Z. Fadil | Seong Cheol Kim | Chaitany Jayprakash Raorane | Fohad Mabood Husain

凝聚态物质与跨学科科学实验室（LaMCScI），URL-CNRST，理学院。邮政信箱1014，摩洛哥拉巴特的穆罕默德五世大学

摘要：

本研究对立方钙钛矿EuVO₃进行了全面研究，这一研究是基于人们对多功能氧化物材料的日益关注，这些材料能够同时满足自旋电子学、光电子学和能量转换技术的需求。像EuVO₃这样的稀土钒酸盐由于其强关联的电子行为、可调的磁性和电子相以及结构多样性而成为一个有吸引力的平台。采用GGA-PBE和GGA+U交换相关泛函进行了密度泛函理论（DFT）计算。电子结构结果表明，在GGA-PBE框架下EuVO₃表现出金属性；而GGA+U方法则揭示了其半金属铁磁特性，这是潜在自旋电子应用的重要性质。通过详细评估弹性常数及相关机械性能，在两种计算方案下都证实了其机械稳定性。光学分析表明，它在红外（IR）和紫外（UV）区域具有光子应用的良好性能。热力学分析进一步表明，在高温下具有很强的热稳定性。此外，在GGA-PBE近似下计算出的优值（ZT）为1000 K时的0.16，表明立方EuVO₃可能作为热电应用的合适候选材料。

部分摘录

引言：

钙钛矿材料因其多功能性和在各种先进技术应用中的集成潜力而受到广泛关注。这些应用包括高效太阳能电池、固体氧化物燃料电池和压电设备1, 2, 3, 4。其中，ABO₃型钙钛矿因其结构灵活性和可调的物理性质而特别值得注意，使其成为光电子学、热电设备等应用的理想候选材料。

计算细节：

本研究利用Perdew–Burke–Ernzerhof（PBE）方法对EuVO₃的结构、电子、磁性、弹性、光学、热力学和热电性质进行了全面分析。为了更好地描述V-3d和Eu-4f轨道，采用了GGA+U方法，在密度泛函理论（DFT）框架中设置U_V-3d = 4.0 eV和U_Eu-4f = 6.0 eV。计算工作使用了Quantum ESPRESSO（QE）软件完成。

结构性质和热力学稳定性：

在分析其他性质之前，优化晶格常数是一个重要的初步步骤。理想的ABO₃钙钛矿通常以立方结构（空间群Pm $$ m，编号221）结晶，其中A位阳离子位于位置1a（0, 0, 0），B位阳离子位于位置1b（0.5, 0.5, 0.5），氧阴离子位于Wyckoff 3c位置（0, 0.5, 0.5）。

如图1所示，EuVO₃以空间群Pm $$ m（编号221）的立方结构结晶，其中Eu原子占据...

结论：

立方钙钛矿EuVO₃表现出显著的物理和化学性质，使其成为各种技术应用的理想候选材料。结构优化证实了其立方稳定性（空间群Pm $$ m），并且形成能为负值，支持其热力学上的优越性。机械分析显示其具有高强度和抗变形能力，适合用于坚固的应用。电子和磁性研究表明，在特定条件下其性质从金属性转变为半金属性。

补充信息：

不适用。

CRediT作者贡献声明

Seong Cheol Kim：可视化、监督、资源获取、资金筹集。Z Fadil：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证。Fohad Mabood Husain：可视化、监督、资源获取、资金筹集。Chaitany Jayprakash Raorane：撰写 – 审稿与编辑、可视化、资源获取。A. Samih：撰写 – 初稿撰写、软件使用、方法论设计、实验研究。A. Ben Zoubair：撰写 – 初稿撰写、软件使用、方法论设计、实验研究。A. Nfissi：撰写

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据和代码可用性：

所有数据均包含在文章中。计算支持由摩洛哥拉巴特的HPC-MARWAN，CNRST提供。

数据可用性声明：

支持本研究的所有数据均包含在文章中。

伦理批准：

不适用。

资助：

作者感谢沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学（ORF-2025-729）提供的研究资助。此外，该研究还得到了韩国国家研究基金会（NRF）通过教育部资助的基础科学研究计划（2020R1I1A3052258）的支持。

致谢

作者感谢沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学（ORF-2025-729）提供的研究资助。此外，该研究还得到了韩国国家研究基金会（NRF）通过教育部资助的基础科学研究计划（2020R1I1A3052258）的支持。