خواص ساختاری و الکترونی بلور سریم حاصل از محاسبات LDA+U

ویژگی های ساختاری، الکترونی و مغناطیسی بلور سریم در دو فاز همساختار آلفا و گاما بر مبنای نظریه تابعی چگالی مورد بررسی قرار گرفته اند. حجم تعادلی و گشتاور مغناطیسی فاز آلفا با استفاده از تقریب شیب تعمیم یافته (GGA) به ترتیب برابر با 3 Å 64/27 و 0/00018 μB محاسبه شده اند. سازگاری نتایج تقریب GGA با داده های تجربی نشان می دهد که الکترونهای در فاز آلفا غیرجایگزیده می باشند. چگالی حالتها، حجم تعادلی و گشتاور مغناطیسی فاز آلفا با در نظر گرفتن همبستگی قوی بین الکترونها 4F با استفاده از رهیافت GGA+U و انتخاب U=6/1 eV محاسبه شده اند. مقایسه چگالی حالتهای 4F حاصل از تقریبهای GGA و GGA+U نشان می دهد که در نظر گرفتن همبستگی بین الکترونهای 4F تاثیر قابل توجهی بر ساختار الکترونی فاز آلفا ندارد و سبب عقب نشینی چگالی حالتهای الکترونهای 4F در فاز آلفا نمی شود. این نتیجه با تجربه که نشان دهنده غیر جایگزیده بودن الکترونهای 4F در فاز آلفاست سازگار است. حجم تعادلی در فاز گاما با استفاده از تقریبهای LDA و GGA قابل محاسبه نمی باشد و کمینه منحنی انرژی بر حسب حجم، به سمت حجم تعادلی فاز همساختار آلفا که دور از مقدار تجربی فاز گاماست میل می کند. حجم تعادلی فاز گاما با در نظر گرفتن همبستگی قوی بین الکترونهای 4F و با استفاده از روش LDA+U و به کار بردن پارامتر هابارد U=4/4 eV سازگار با تجربه محاسبه شده است. نتایج ما در فاز گاما نشان می دهند که چگالی حالتهای الکترونهای 4Fبرخلاف فاز آلفا پس از اعمال LDA+U به دو شاخه پر و خالی شکافته می شوند و شاخه مربوط به اربیتالهای پر از سطح فرمی دور می گردد. گشتاور مغناطیسی فاز گاما و فشار گذار فاز آلفا – گاما محاسبه و با مقادیر تجربی مقایسه شده اند.