سنجش روش DFT+U در پيش بيني خواص ترموديناميكي مواد مغناطيسي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

فيزيك

دكتري

ﻣﻮﺍﺩ ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ﺑﻪ ﺩﻟﻴﻞ ﻛﺎﺭﺑﺮﺩﻫﺎﻱ ﻣﺘﻨﻮﻉ ﺗﻮﺟﻪ ﻣﺤﻘﻘﺎﻥ ﺑﺴﻴﺎﺭﻱ ﺭﺍ ﺑﻪ ﺧﻮﺩ ﻣﻌﻄﻮﻑ ﻛﺮﺩﻩﺍﻧﺪ. ﺍﺯ ﻃﺮﻓﻲ ﺑﺮﺭﺳﻲ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺍﺩ ﺑﻪ ﺩﻟﻴﻞ ﭘﻴﭽﻴﺪﮔﻲﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺩﺭ ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻧﻲ ﺁﻥﻫﺎ ﻭﺟﻮﺩ ﺩﺍﺭﺩ ﻫﻤﻮﺍﺭﻩ ﻳﻚ ﭼﺎﻟﺶ ﺟﺪﻱ ﺑﻮﺩﻩ ﺍﺳﺖ. ﺍﻳﻦ ﺭﺳﺎﻟﻪ ﺑﺮ ﻣﻮﺍﺩ ﭘﺎﺩﻓﺮﻭﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ﻣﺘﻤﺮﻛﺰ ﺷﺪﻩ ﺍﺳﺖ ﻛﻪ ﻋﻨﺼﺮ ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ﺁﻥ ﻳﻜﻲ ﺍﺯ ﻋﻨﺎﺻﺮ ﻭﺍﺳﻄﻪ 3d ﺍﺳﺖ. ﺑﺮﺍﻱ ﺍﻳﻦ ﻣﻨﻈﻮﺭ 30 ﺗﺮﻛﻴﺐ ﻣﺘﻔﺎﻭﺕ ﺑﺎ ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﻓﻀﺎﻳﻲ ﮔﻮﻧﺎﮔﻮﻥ ﺍﻧﺘﺨﺎﺏ ﺷﺪ. ﺑﻪ ﺩﻟﻴﻞ ﺍﻫﻤﻴﺖ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮ ﻫﺎﺑﺎﺭﺩ ﺩﺭ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺧﺼﻮﺻﻴﺎﺕ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺍﺩ ﺍﺑﺘﺪﺍ ﺑﺎ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﺍﺑﺘﺪﺍ ﺑﻪ ﺳﺎﻛﻦ ﺑﻪ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺩﻗﻴﻖ ﺍﻳﻦ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮ ﭘﺮﺩﺍﺧﺘﻴﻢ. ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﺑﺎ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﻛﺪ ﻛﻮﺍﻧﺘﻮﻡ ﺍﺳﭙﺮﺳﻮ ﻭ ﺑﺎ ﺭﻭﺵﻫﺎﻱ ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ ﺍﺯ ﺟﻤﻠﻪ ﺭﻭﺵ ﭘﺎﺳﺦ ﺧﻄﻲ ﻭ ﻧﻈﺮﻳﻪ ﺗﺎﺑﻌﻲ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺍﺧﺘﻼﻟﻲ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﺷﺪ. ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮﺭ ﺩﺳﺘﻴﺎﺑﻲ ﺑﻪ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺩﻗﻴﻖﺗﺮ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮ ﻫﺎﺑﺎﺭﺩ ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﺑﻪ ﺻﻮﺭﺕ ﺧﻮﺩﺳﺎﺯﮔﺎﺭ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﺷﺪ. ﺩﺭ ﺍﺩﺍﻣﻪ ﺭﻫﻴﺎﻓﺖ DFT+U+V ﻣﻮﺭﺩ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻗﺮﺍﺭ ﮔﺮﻓﺖ ﺗﺎ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮ ﻫﺎﺑﺎﺭﺩ ﺩﺭﻭﻥ ﺟﺎﻳﮕﺎﻫﻲ (U) ﻭ ﺑﺮﻭﻥ ﺟﺎﻳﮕﺎﻫﻲ (V) ﺑﻪ ﺩﺳﺖ ﺁﻳﺪ. ﻧﺘﺎﻳﺞ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮ ﻫﺎﺑﺎﺭﺩ ﺩﺭ ﺩﻭ ﺭﻭﺵ ﭘﺎﺳﺦ ﺧﻄﻲ ﻭ ﺭﻭﺵ ﺗﺎﺑﻌﻲ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺍﺧﺘﻼﻟﻲ ﻧﺸﺎﻥ ﺩﺍﺩ ﻛﻪ ﺣﺪﺍﻛﺜﺮ ﺍﺧﺘﻼﻑ ﻣﻴﺎﻥ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺣﺎﺻﻞ ﺍﺯ ﺳﻪ ﺭﻭﺵ ﻳﻚ ﺻﺪﻡ ﺍﻟﻜﺘﺮﻭﻥ ﻭﻟﺖ ﺍﺳﺖ. ﺍﺯ ﺍﻳﻦ ﺭﻭ ﺩﺭ ﺍﺩﺍﻣﻪ ﺑﻪ ﺩﻟﻴﻞ ﺁﻥﻛﻪ ﺭﻭﺵ ﺗﺎﺑﻌﻲ ﭼﮕﺎﻟﻲ ﺍﺧﺘﻼﻟﻲ ﻋﻠﻲﺭﻏﻢ ﺩﻗﺖ ﺑﺎﻻ ﻫﺰﻳﻨﻪ ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺗﻲ ﻛﻤﺘﺮﻱ ﺩﺍﺷﺖ ﺍﻳﻦ ﺭﻭﺵ ﺑﺮﺍﻱ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮ ﻫﺎﺑﺎﺭﺩ ﻣﻮﺭﺩ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻗﺮﺍﺭ ﮔﺮﻓﺖ. ﺩﺭ ﺍﺩﺍﻣﻪ ﺑﺮﺍﻱ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺧﻮﺍﺹ ﻣﻐﻨﺎﻃﻴﺴﻲ ﺗﺮﻛﻴﺒﺎﺕ ﻣﻮﺭﺩ ﺑﺮﺭﺳﻲ ﺑﻪ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺑﺮﻫﻢﻛﻨﺶ ﺗﺒﺎﺩﻟﻲ ﭘﺮﺩﺍﺧﺘﻴﻢ. ﺑﺮﺍﻱ ﺍﻳﻦ ﻣﻨﻈﻮﺭ ﺍﺯ ﺭﻭﺵ ﺍﺧﺘﻼﻑ ﺍﻧﺮﮊﻱ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻛﺮﺩﻳﻢ. ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮﺭ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺩﻗﻴﻖ ﺗﻌﺪﺍﺩ ﺿﺮﺍﻳﺐ ﺗﺒﺎﺩﻟﻲ ﻣﻮﺭﺩ ﻧﻴﺎﺯ ﺩﺭ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﺑﺮﺍﻱ ﻫﺮ ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ، ﺍﺯ ﻣﻔﻬﻮﻡ ﻓﻀﺎﻱ ﭘﻮﭼﻲ ﺩﺭ ﻳﻚ ﻣﺎﺗﺮﻳﺲ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻛﺮﺩﻳﻢ. ﺿﺮﺍﻳﺐ ﺗﺒﺎﺩﻟﻲ ﻫﺎﻳﺰﻧﺒﺮﮒ ﺩﺭ ﺩﻭ ﺭﻫﻴﺎﻓﺖ DFT+U ﻭ DFT+U+V ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺷﺪﻧﺪ. ﺩﺭ ﻧﻬﺎﻳﺖ ﺑﺎ ﺩﺭ ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻦ ﻫﺎﻣﻴﻠﺘﻮﻧﻲ ﺍﺳﭙﻴﻨﻲ ﺩﻣﺎﻱ ﺑﺤﺮﺍﻧﻲ ﺍﻳﻦ ﻣﻮﺍﺩ ﺑﺎ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﺍﻟﮕﻮﺭﻳﺘﻢ ﻣﺒﺎﺩﻟﻪ ﭘﻴﻜﺮﺑﻨﺪﻱ ﺩﺭ ﭼﺎﺭﭼﻮﺏ ﺷﺒﻴﻪﺳﺎﺯﻱ ﻣﻮﻧﺖ ﻛﺎﺭﻟﻮ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺷﺪ. ﺑﺮﺍﻱ ﺍﻳﻦ ﻣﻨﻈﻮﺭ ﺍﺯ ﻛﺪ ESpinS ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺷﺪ. ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﺑﺮﺍﻱ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﮔﺬﺍﺭ ﺩﺭ ﺳﻪ ﺭﻫﻴﺎﻓﺖ ﻣﺘﻔﺎﻭﺕ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﺷﺪ. ﻧﺘﺎﻳﺞ ﻧﺸﺎﻥ ﺩﺍﺩ ﻛﻪ ﺭﻫﻴﺎﻓﺖ GGA ﺩﻣﺎﻱ ﮔﺬﺍﺭ ﺭﺍ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺍﺯ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺗﺠﺮﺑﻲ ﻭ ﺑﺎ 113 ﺩﺭﺻﺪ ﺧﻄﺎ ﭘﻴﺶﺑﻴﻨﻲ ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺭﻫﻴﺎﻓﺖ GGA+U ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﺩﻣﺎﻫﺎﻱ ﻧﺰﺩﻳﻚﺗﺮ ﺑﻪ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺗﺠﺮﺑﻲ ﺷﺪ. ﺑﻪ ﻃﻮﺭﻱ ﻛﻪ ﺧﻄﺎﻱ ﻣﻴﺎﻥ ﻣﻘﺎﺩﻳﺮ ﮔﺰﺍﺭﺵ ﺷﺪﻩ ﺑﺎ ﻣﻘﺎﺩﻳﺮ ﺗﺠﺮﺑﻲ ﺑﻪ 53 ﺩﺭﺻﺪ ﺭﺳﻴﺪ. ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮﺭ ﺑﻬﺒﻮﺩ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺣﺎﺻﻞ ﺍﺯ ﺍﻳﻦ ﺭﻫﻴﺎﻓﺖ ﻭ ﻧﻴﺰ ﺩﺭ ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻦ ماهيت كوانتمي اسپين ضريب تصحيح (S+1)/S را بر دماهاي به دست آمده اعمال كرديم. ﺩﺭ ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺍﻋﻤﺎﻝ ﺍﻳﻦ ﺗﺼﺤﻴﺢ ﺩﺭﺻﺪ ﺧﻄﺎ ﺑﻪ 44 ﺩﺭﺻﺪ ﻛﺎﻫﺶ ﻳﺎﻓﺖ. ﻋﻼﻭﻩ ﺑﺮ ﺍﻳﻦ ﺿﺮﻳﺐ ﻫﻤﺒﺴﺘﮕﻲ ﭘﻴﺮﺳﻮﻥ ﺑﺎﻻﻳﻲ )ﺗﻘﺮﻳﺒﺎ (0/92 ﺩﻣﺎﻱ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺷﺪﻩ ﺑﺎ ﺩﻣﺎﻱ ﮔﺰﺍﺭﺵ ﺷﺪﻩ ﺗﺠﺮﺑﻲ ﺑﻪ ﺩﺳﺖ ﺁﻣﺪ. ﻧﺘﺎﻳﺞ ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﻧﺸﺎﻥ ﺩﺍﺩ ﻛﻪ ﻭﺍﻫﻠﺶ ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﺩﺭﺻﺪ ﺧﻄﺎﻱ ﺩﻣﺎﻱ ﺑﻪ ﺩﺳﺖ ﺁﻣﺪﻩ ﺭﺍ ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻲﺩﻫﺪ.

225304

ماده چگال

فيزيك

دانشگاه صنعتي اصفهان