LaMnO3/SrMnO3超晶格界面局域晶格/电子结构不均匀性对其电磁性质的影响

研究达到预期目标，获得了LaMnO3/SrMnO3超晶格的详细知识如下：短调制周期的超晶胞晶格能较小，而晶格参数a、b/√2和c有较大的差异。对于所有的掺杂浓度和在一定的掺杂浓度下所有的超晶胞结构中，La-Mn（Mn3+-O）平均键长大于Sr-Mn（Mn4+-O）平均键长。通过计算Mn-O键长的标准偏差和MnO6八面体的杨-泰勒畸变，结果表明，超晶胞中Mn3+O6八面体的标准偏差和杨-泰勒畸变都远小于LaMnO3中的Mn3+O6八面体，尽管超晶胞中Mn4+O6八面体发生了微小的畸变，但仍然大于在SrMnO3中的畸变。正交超晶格结构LaMnO3/SrMnO3（LMO/SMO）晶格结构、轴向应变及电磁结构的影响。理论计算结果表明，LMO/SMO随a、b、c及ac方向的轴向应变变化均是铁磁性状态比反铁磁性状态更稳定。Sr掺杂后，LMO正交结构仍保留明显的晶格畸变，SMO的面心立方结构的晶格畸变增加，Mn的3d态及O的2p态在不同的轴向应变下更加复杂。Mn的3d态轨道分波态密度随着负应变的增大，自旋向上和自旋向下态密度趋向于对称，磁性趋向于零。系统研究了O原子和O2分子在固体燃料电池阴极材料La/SrMnO3（001）表面的吸附及前者的扩散和后者的解离过程。结果表明，氧在SrO面上的吸附、扩散和解离行为和它在MnO2 与LaO表面的上述行为很有不同：O原子在SrO面上具有最小的吸附能（-0.45eV）和最长的吸附距离（0.212nm），具有最小的扩散激活能（0.50eV）；O2分子在SrO面上具有最小的解离激活能（1.23eV）。第一性原理计算在电子层次上确定了Sr掺杂在La/SrMnO3中所起作用的物理原因，认定O2的在该材料解离和表面放氧过程均为速率控制步骤，为理解阴极材料表面氧的物理化学行为提供了微观理论模型。运用密度泛函理论中的广义梯度近似法（GGA）及晶格点上库仑斥能（U）（GGA+U）方法，定量的研究了半掺杂的La1/2Sr1/2MnO3（LSMO）钙钛矿超晶胞中自旋、轨道及电荷有序的耦合。计算表明杨-泰勒畸变拉伸了高自旋Mn3+离子对应的MnO6八面体，并且估计杨-泰勒畸变能约为0.1eV。Mn3+的eg态主要由dz2轨道组成，同时dz2轨道也是形成LSMO中轨道有序的主要原因。Mn3+和Mn4+离子中不同的eg电子分布导致了电荷有序的形成。