IV. RESULTS AND DISCUSSIONA. Electr

IV. RESULTS AND DISCUSSION
A. Electronic structure
For a compound with an octahedrally coordinated d6 ion,
the low-spin state (t2g
6 eg
0
) is more stable than the high-spin
state (t2g
4
eg
2
) when 10Dq >2J, 10Dq being the cubic crystal
field and J the intra-atomic exchange interaction. The electronic
structure of perovskite-type transition-metal oxides are
described by the three crucial energy parameters, the bandwidth
W, the Coulomb repulsive energy U, and the strength
(Dq) of the ligand field. In the cubic perovskites, the octahedral
ligand field produced by the O atoms surrounding
each Co atom split the tenfold degenerate d levels of Co into
sixfold t2g and fourfold eg levels. The electronic structure of
these materials can be understood by the schematic energy
diagram proposed by Goodenough.48 In such a picture, the eg
orbitals of the Co atom form s bonds with O 2p orbitals
whereas t2g orbitals form weaker p bonds with O 2p orbitals.
As mentioned by Arima,49 the hybridization between Co
3d and O 2p is important to explain the electronic structure
of LaCoO3. Because of the strong covalent hybridization of
Co 3d with the neighboring O 2p states, the calculated DOS
curves shown in Fig. 2 show broad features. In general a
large U tends to split bands into spin-up and spin-down
bands. Because of the extended electronic states the Coulomb
repulsive energy would be small compared with the
band width, and hence one can expect a nonmagnetic ground
state in LaCoO3. Consistent with the above viewpoint, experimental
observations as well as our calculations show that
the nonmagnetic state is the ground state for LaCoO3.
The angular momentum and site projected DOS for
LaCoO3 are shown in Fig. 3. From this figure it is clear that
the present theory is unable to predict the semiconducting
behavior of LaCoO3, as there is finite density of states
present at the Fermi level (EF). In general the LDA underestimate
the band gap of the materials. It is interesting to
note that the optical conductivity studies show a spin-gap
energy of ;30 meV and a charge-gap of ;0.1 eV in this
material. Further, low-temperature resistivity data suggest a gap of about 0.2 eV whereas high-temperature resistivity
indicates a gap of 0.5 eV and electronspectroscopy
measurements a conductivity gap of 0.6 eV.
As the optical conductivity measurements are more reliable,
the possible reasons for the failure to predict the semiconducting
behavior of LaCoO3 by the present theory may be
the small value of the charge gap, which is within the accuracy
of the present type of calculations. Further, the minimum
energy gap is a spin gap indicating that LaCoO3 is not a band insulator. It should be noted that the LDA1U
method, where the Co 3d orbitals are treated localized
through describing the Coulomb intrashell interactions by the
Hubbard-like term and the itinerant states are treated through
averaged LDA energy and potentials, gives a bandgap of
;2 eV ~Refs. 51,52! and the Hartree-Fock calculation gives
a bandgap of 3 eV.53 Although the present theory is unable to
predict the narrow bandgap behavior in LaCoO3 , EF falls on
a pseudogap separating the bonding states from the antibonding
states in Fig. 2. The present finding of metallic behavior
is consistent with the previous theoretical studies.54–56 It is
interesting to note that LDA1U as well as HF calculations
give an unphysically large bandgap in this material. Our total
DOS curve for LaCoO3 in the rhombohedral nonmagnetic
phase in Fig. 2 show that some parts of the eg orbitals are
below the Fermi energy and mixed with the t2g orbitals.
However, experimental spectroscopic studies5 indicate that a
finite energy separation exists between the t2g and eg states
and hence the semiconducting behavior arises. Although the
non-spin-polarized calculation for LaCoO3 turns out to predict
metallic behavior, the density of states at the Fermi level
is very low, 1.449 states eV21 f.u.21. This probably also
indicates that LaCoO3 is close to semiconducting. However,
the nonmagnetic nature of the ground state of LaCoO3 indicates
that the magnetic interactions are relatively unimportant
and that the crystal field splitting is responsible for the
insulating properties. Munakata et al.57 suggested from
analysis of the x-ray photoemisson spectrum that the top of
the valence band ~VB! should be assigned mainly to O 2p.
Recently, Saitoh et al.,
58 suggest that LaCoO3 does not have
a d-d or p-d gap, but a p-p gap. As the calculated DOS
show a pseudogap in the vicinity of Fermi level, we can
identify the nature of the band gap in this material. From Fig.
3 it is evident that the top of valence band near EF is dominated
by the Co 3d to O 2p hybridized band and the nearby
bottom of the conduction band mainly consists of Co 3d
states.

Kết quả (Việt) 1:

IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNA. điện tử cấu trúcĐối với một hợp chất với một ion octahedrally phối hợp d6,vòng quay thấp bang (t2g6 ví dụ:0) là ổn định hơn so với cao-spinbang (t2g4Ví dụ:2) khi 10Dq > 2J, 10Dq là khối tinh thểlĩnh vực và J tương tác nguyên tử trong trao đổi. Điện tửcấu trúc perovskite-loại oxit kim loại chuyển tiếpđược mô tả bởi các thông số quan trọng năng lượng ba, băng thôngW, năng lượng đẩy Coulomb U và sức mạnh(Dq) của trường phối tử. Trong perovskites khối, các bát diệnlĩnh vực ligand, được sản xuất bởi các nguyên tử O xung quanhmỗi nguyên tử Co chia các cấp mười lần thoái hóa d Co vàosixfold t2g và số ví dụ như các cấp. Cơ cấu điện tửCác tài liệu này có thể được hiểu theo sơ đồ năng lượngSơ đồ đề xuất bởi Goodenough.48 một hình ảnh như vậy, các ví dụhình thành các quỹ đạo của nguyên tử Co s liên kết với quỹ đạo 2p Otrong khi đó t2g quỹ đạo hình thành yếu hơn p liên kết với quỹ đạo 2p O.Như đã đề cập bởi Arima, 49 lai ghép giữa các Co3D và O 2p là quan trọng để giải thích cấu trúc điện tửcủa LaCoO3. Vì lai ghép cộng hóa trị mạnh mẽ củaCo 3d với các láng giềng 2p O, tính DOSđường cong Hiển thị trong hình 2 cho thấy tính năng rộng. Nói chung mộtU lớn có xu hướng chia ban nhạc quay lên và xuống quayBan nhạc. Bởi vì các quốc gia điện tử mở rộng Coulombđẩy năng lượng sẽ là nhỏ so với cácBan nhạc chiều rộng, và do đó nó có thể mong đợi một mặt bằng khôngthành bang LaCoO3. Phù hợp với quan điểm trên, thử nghiệmquan sát cũng như tính toán của chúng tôi cho thấy rằngnhà nước không là đất nhà nước cho LaCoO3.Moment động lượng và trang web dự kiến DOS choLaCoO3 được thể hiện trong hình 3. Con số này là rõ ràng rằngCác lý thuyết hiện nay là không thể để dự đoán các semiconductinghành vi của LaCoO3, như đó là mật độ hữu hạn kỳhiện nay ở mức Fermi (EF). Nhìn chung cấp LDA Cải đánh giá thấpgap ban nhạc của tài liệu. Nó là thú vị đểlưu ý rằng quang dẫn nghiên cứu cho thấy một spin, khoảng cáchnăng lượng của; 30 meV và một khoảng cách phí; 0.1 eV trong nàyvật liệu. Hơn nữa, nhiệt độ thấp điện trở suất dữ liệu cho thấy một khoảng cách của khoảng cách 0.2 eV trong khi điện trở suất nhiệt độ caochỉ ra một khoảng cách cách 0.5 eV và electronspectroscopyphép đo một khoảng cách dẫn cách 0.6 eV.Như các phép đo độ dẫn điện quang là đáng tin cậy hơn,Các lý do cho sự thất bại để dự đoán các semiconductinghành vi LaCoO3 bởi các lý thuyết hiện tại có thểgiá trị nhỏ của khoảng cách phụ trách, mà nằm ở tính chính xáchiện nay loại tính toán. Hơn nữa, tối thiểunăng lượng khoảng cách một khoảng cách quay chỉ ra rằng LaCoO3 không phải là một chất cách điện ban nhạc. Cần lưu ý rằng LDA1Uphương pháp, nơi mà các đồng 3d quỹ đạo đang được điều trị địa phươngqua mô tả sự tương tác Coulomb intrashell bởi cácHubbard như thuật ngữ và các quốc gia lưu động đang được điều trị thông quabình quân năng lượng cấp LDA cải và tiềm năng, mang lại cho một bandgap của2 eV ~ Refs. 51,52! và tính toán Hartree-Fock chomột bandgap 3 eV.53 mặc dù các lý thuyết hiện nay là không thểdự đoán hành vi thu hẹp bandgap trong LaCoO3, EF rơi vàomột pseudogap tách các tiểu bang liên kết từ antibondingKỳ ở hình 2. Việc tìm kiếm hiện tại của kim loại hành viphù hợp với lý thuyết studies.54–56 trước nó làthú vị cần lưu ý rằng LDA1U cũng như tính toán HFcung cấp cho một bandgap unphysically lớn trong tài liệu này. Tổng số của chúng tôiDOS cong cho LaCoO3 trong việc theo khôngCác giai đoạn trong hình 2 cho thấy rằng một số phần của các ví dụ như quỹ đạodưới đây là năng lượng Fermi và hỗn hợp với quỹ đạo t2g.Tuy nhiên, thử nghiệm quang phổ studies5 chỉ ra rằng mộttách năng lượng hữu hạn tồn tại giữa t2g và ví dụ như các tiểu bangvà do đó hành vi semiconducting phát sinh. Mặc dù cáctính toán không-spin-phân cực cho LaCoO3 chỉ ra để dự đoánkim loại hành vi, mật độ các tiểu bang ở mức Fermilà rất thấp, 1.449 kỳ eV21 f.u.21. Điều này có lẽ cũngchỉ ra rằng LaCoO3 là gần gũi với semiconducting. Tuy nhiên,chất đất, bang LaCoO3, không chỉ ratương tác điện từ là tương đối không quan trọngvà rằng lĩnh vực chia pha lê chịu trách nhiệm về cáccách điện thuộc tính. Munakata et al.57 đề nghị từphân tích quang phổ photoemisson x-quang rằng đầuBan nhạc valence ~ BB! nên được giao nhiệm vụ chủ yếu là O 2p.Gần đây, Saitoh et al.,58 gợi ý rằng LaCoO3 không cómột khoảng cách d-d hoặc p-d, nhưng khoảng cách p -p. Như DOS tínhHiển thị một pseudogap trong vùng lân cận mức Fermi, chúng ta có thểxác định bản chất của các ban nhạc khoảng cách trong tài liệu này. Từ hình.3, nó là điều hiển nhiên rằng đầu của valence ban nhạc gần EF chủ yếu làbởi Co 3d O 2p lai ban nhạc và lân cậndưới cùng của ban nhạc dẫn chủ yếu bao gồm Co 3dtiểu bang.

Kết quả (Việt) 2:

IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
A. Cấu trúc điện tử
Đối với một hợp chất với một ion d6 octahedrally phối hợp,
trạng thái spin thấp (t2g
6 ví dụ
0
) là ổn định hơn các spin cao
nhà nước (t2g
4
ví dụ
2
) khi 10Dq> 2J, 10Dq là tinh thể khối
trường và J tương tác trao đổi nội nguyên tử. Các điện tử
cấu trúc của perovskite loại oxit kim loại chuyển tiếp được
mô tả bởi ba thông số năng lượng rất quan trọng, băng thông
W, Coulomb năng lượng mở U, và sức mạnh
(DQ) của trường phối tử. Trong perovskites khối, bát diện
trường phối tử được sản xuất bởi các nguyên tử O xung quanh
mỗi nguyên tử Co chia mười lần thoái hóa d mức Co vào
mức t2g và gấp bốn lần như gấp sáu lần. Các cấu trúc điện tử của
các vật liệu này có thể được hiểu bởi năng lượng sơ đồ
sơ đồ bằng Goodenough.48 đề xuất Trong một bức tranh như vậy, ví dụ như
quỹ đạo của trái phiếu theo hình thức nguyên tử Co s với O 2p quỹ đạo
trong khi các quỹ đạo t2g hình thành liên kết p yếu với O 2p quỹ đạo.
như đã đề cập bởi Arima, 49 lai giữa Co
3d và O 2p là quan trọng để giải thích cấu trúc điện tử
của LaCoO3. Bởi vì việc lai kết cộng hóa trị mạnh mẽ của
Co 3d với các nước láng giềng O 2p tiểu bang, DOS tính toán
đường cong hình. 2 cho thấy tính năng mở rộng. Nói chung một
U lớn có xu hướng chia băng vào spin up và spin down
ban nhạc. Bởi vì các quốc gia điện tử mở rộng các Coulomb
năng lượng mở sẽ là nhỏ so với
chiều rộng ban nhạc, và do đó người ta có thể mong đợi một mặt đất không có từ tính
nhà nước trong LaCoO3. Phù hợp với quan điểm trên, thí nghiệm
quan sát cũng như tính toán của chúng tôi cho thấy rằng
tình trạng không có từ tính là trạng thái cơ bản cho LaCoO3.
Các xung lượng góc và trang web dự DOS cho
LaCoO3 được hiển thị trong hình. 3. Từ hình này rõ ràng là
các lý thuyết hiện tại là không thể dự đoán bán dẫn
hành vi của LaCoO3, như có mật độ hữu hạn của các quốc gia
hiện nay mức Fermi (EF). Nói chung các LDA đánh giá thấp
khe hở của vật liệu. Nó là thú vị để
lưu ý rằng nghiên cứu dẫn quang cho thấy một spin-khoảng cách
năng lượng; 30 meV và phí chênh lệch về; 0,1 eV trong này
vật chất. Hơn nữa, dữ liệu điện trở suất ở nhiệt độ thấp cho thấy một khoảng cách khoảng 0,2 eV trong khi đó nhiệt độ cao điện trở suất
chỉ ra một khoảng cách là 0,5 eV và electronspectroscopy
đo một khoảng cách dẫn của 0,6 eV.
Khi đo độ dẫn quang học là đáng tin cậy hơn,
lý do có thể cho sự thất bại để dự đoán bán dẫn
hành vi của LaCoO3 bởi các lý thuyết hiện tại có thể được
giá trị nhỏ của khoảng cách phí, mà là trong độ chính xác
của các loại hiện tại của tính toán. Hơn nữa, tối thiểu
khoảng cách năng lượng là một khoảng cách quay chỉ ra rằng LaCoO3 không phải là một chất cách điện băng. Cần lưu ý rằng LDA1U
phương, nơi các quỹ đạo 3d Co được điều trị địa phương
thông qua việc mô tả các Coulomb intrashell tương tác bằng các
hạn Hubbard giống và các nước lưu động được xử lý qua
trung bình năng lượng LDA và tiềm năng, cung cấp cho một bandgap của
; 2 eV ~ refs. 51,52! và tính toán Năng lượng Hartree-Fock cho
một bandgap của 3 eV.53 Mặc dù các lý thuyết hiện tại là không thể
dự đoán các hành vi bandgap hẹp trong LaCoO3, EF rơi vào
một pseudogap tách các trạng thái liên kết từ antibonding
bang trong hình. 2. Phát hiện hiện tại của hành vi kim loại
là phù hợp với lý thuyết studies.54-56 trước Nó là
thú vị để lưu ý rằng LDA1U cũng như tính toán HF
cho một bandgap unphysically lớn trong tài liệu này. Tổng số của chúng tôi
đường cong DOS cho LaCoO3 trong không có từ tính rhombohedral
giai đoạn trong hình. 2 cho thấy một số bộ phận của các ví dụ như quỹ đạo là
dưới năng lượng Fermi và trộn với các quỹ đạo t2g.
Tuy nhiên, phổ nghiệm studies5 chỉ ra rằng một
tách năng lượng hữu hạn tồn tại giữa các t2g và ví dụ như các quốc gia
và do đó hành vi bán dẫn phát sinh. Mặc dù
tính không phân cực spin cho LaCoO3 quay ra để dự đoán
hành vi của kim loại, mật độ của các quốc gia ở mức Fermi
là rất thấp, 1,449 bang eV21 fu21. Điều này có lẽ cũng
chỉ ra rằng LaCoO3 gần bán dẫn. Tuy nhiên,
bản chất không có từ tính ở trạng thái cơ của LaCoO3 chỉ ra
rằng sự tương tác từ là tương đối không quan trọng
và rằng sự tách lĩnh vực tinh thể là chịu trách nhiệm về
tính cách điện. Munakata et al.57 gợi ý từ
phân tích quang phổ photoemisson x-ray đầu
dải hóa trị ~ VB! nên được chỉ định chủ yếu để O 2p.
Gần đây, Saitoh et al.,
58 gợi ý rằng LaCoO3 không có
một dd hoặc khoảng cách pd, nhưng một khoảng cách pp. Khi tính toán DOS
hiển thị một pseudogap trong vùng lân cận của mức Fermi, chúng ta có thể
xác định bản chất của khoảng cách ban nhạc trong tài liệu này. Từ hình.
3 rõ ràng là đầu dải hóa trị gần EF bị chi phối
bởi công ty Cổ 3d để O 2p lai ban nhạc và các lân cận
dưới của dải dẫn chủ yếu bao gồm 3d Co
bang.