《過渡金屬化合物中自旋軌道耦合的新奇效應》是依託復旦大學，由吳驊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：過渡金屬化合物中自旋軌道耦合的新奇效應
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳驊
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自旋軌道耦合(Spin-Orbit Coupling, SOC)因其豐富的物理效應，最近而備受關注。本項目將利用第一性原理的電子結構計算，研究過渡金屬化合物中SOC的新奇效應。我們將研究各種維度的5d過渡金屬化合物（以及5d-4d-3d混合的系統）中的晶體場，以及SOC形成的自旋-軌道糾纏態。我們將揭示SOC是如何影響甚至決定著各樣的磁結構、磁晶各項異性、金屬絕緣體轉變、和拓撲絕緣態。我們還將開展計算材料設計，研究利用界面、超晶格、壓力、以及5d-4d-3d過渡金屬的混合，來調控晶體場和自旋-軌道糾纏態，進而調控SOC所帶來的新奇物性。我們還將發展瓦尼爾函式基組下的DFT+U計算模組，改進對5d和4d巡遊電子中等或弱關聯效應的描述。
結題摘要
過渡金屬化合物因其豐富多變的結構和物性而成為重要的功能材料，其中存在著電荷-自旋-軌道-晶格等多重自由度的耦合以及電子關聯效應。本項目結合自旋軌道晶體場能級圖表和模型分析，利用密度泛函理論電子結構計算、晶格動力學聲子譜計算、光電導和磁光克爾效應的計算、以及自旋晶格蒙特卡洛模擬，研究了一系列過渡金屬化合物中豐富的自旋軌道物理以及與自旋-軌道耦合相關的奇特效應。通過研究這些材料中的量子調控機制，本項目計算設計了三種可能的新型自旋電子學磁電材料。 項目研究了特殊對稱性表面結構上吸附原子的超大磁各向異性能，揭示了配位場、軌道多重態和自旋-軌道耦合的協同效應，預言了破紀錄的超大磁各向異性能，為發展基於原子自旋的高密度存儲器件提供了新線索。項目研究了一類多鐵性金屬有機框架材料，發現了新穎的電控磁光克爾效應，提出了基於鐵電反鐵磁體的電存光讀新型器件的想法。項目研究了利用特殊的自旋軌道態和多軌道超交換相互作用來設計層狀的鐵磁絕緣體材料，並計算模擬了利用壓力和摻雜效應來設計鐵磁半金屬材料，為設計自旋電子學材料提供了新思路。項目還研究了多種過渡金屬混合的氧化物新材料，理論預言了一些不同尋常的電荷-自旋組態，闡述了晶體場、能帶形成和自旋-軌道耦合的競爭關係，揭示了它們豐富多變的電磁學性質的起因。 本項目共發表通訊作者論文13篇，包括1篇Phys. Rev. Lett.、1篇J. Am. Chem. Soc.、1篇ACS Appl. Mater. Interfaces、2篇Phys. Rev. B、1篇Appl. Phys. Lett. 和1篇J. Phys. Chem. C等高水平論文。本項目研究成果服務於氧化物功能材料的自旋電子學套用和量子調控研究。本項目培養了3名博士和2名碩士。
