梯型化合物NH4V2O5的电荷有序与磁交换：DFT+U揭示的新型自旋梯网络特性

（编辑推荐）本研究通过DFT+U方法揭示了NH4V2O5中能量更优的锯齿形电荷有序模式（1.7 eV带隙），其V4+(d1)离子形成反铁磁耦合自旋链，展现出比Na+类似物更复杂的梯型磁交换网络，为低维量子自旋系统（spin-ladder）设计提供新思路。

　　

Highlight

梯型化合物NH₄V₂O₅的电荷有序与磁交换

Methods

采用Quantum ESPRESSO软件包进行电子结构计算，选取SSSP库中的PBEsol精度伪势（v1.3.0）。平面波基组动能截断设为80Ry，电荷密度展开截断为600Ry。在布里渊区不可约部分采用6×6×8 Monkhorst-Pack k点网格进行积分。

Results

铵离子注入的电子占据V原子空d壳层（优先填充d_xy轨道）。与α′-NaV₂O₅中V^4.5+(d^0.5)的均匀价态不同，NH₄V₂O₅呈现V⁴⁺/V⁵⁺的电荷有序排列——就像一场微观世界的"电子舞蹈"，锯齿形构型以1.7 eV带隙胜出，形成绝缘态。

Conclusion

DFT+U计算表明：NH₄V₂O₅不仅保留了α′-NaV₂O₅的自旋梯特征，更因NH₄⁺离子的大尺寸（168 pm）诱导出新颖的磁交换网络——就像把传统梯子的横档扭成了Z字形，产生更强的对角（梯内）和梯间耦合作用。