过渡金属化合物中自旋轨道耦合的新奇效应

项目名称： 过渡金属化合物中自旋轨道耦合的新奇效应

项目编号： No.11474059

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2015

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 吴骅

作者单位： 复旦大学

项目金额： 82万元

中文摘要： 自旋轨道耦合(Spin-Orbit Coupling, SOC)因其丰富的物理效应，最近而备受关注。本项目将利用第一性原理的电子结构计算，研究过渡金属化合物中SOC的新奇效应。我们将研究各种维度的5d过渡金属化合物（以及5d-4d-3d混合的系统）中的晶体场，以及SOC形成的自旋-轨道纠缠态。我们将揭示SOC是如何影响甚至决定着各样的磁结构、磁晶各项异性、金属绝缘体转变、和拓扑绝缘态。我们还将开展计算材料设计，研究利用界面、超晶格、压力、以及5d-4d-3d过渡金属的混合，来调控晶体场和自旋-轨道纠缠态，进而调控SOC所带来的新奇物性。我们还将发展瓦尼尔函数基组下的DFT+U计算模块，改进对5d和4d巡游电子中等或弱关联效应的描述。

中文关键词： 自旋轨道耦合；过渡金属化合物；电子结构；磁性；第一性原理计算

英文摘要： Spin-orbit coupling (SOC) is of current great interest due to its abundant effects. In this project, we will study the novel effects of the SOC in transition-metal compounds, using first-principles electronic structure calculations. We will probe the crystal field of 5d transition-metal compounds (and the mixed 5d-4d-3d systems) in different dimensionality, and the entangled spin-orbital state due to the SOC. We will clarify how the SOC affects and even determines various magnetic structures, magnetocrystalline anisotropy, metal-insulator transition, and topological insulating state. We will make computational materials design, using interface, superlattice, pressure, and 5d-4d-3d transition-metal mixing to control the crystal field and the entangled spin-orbital state, and hence to tailor the novel effects of the SOC. We will also develop a computing module for the DFT+U method in the Wannier functions basis, which will improve a description of the modest or weak correlation effects of itinerant electrons in 5d or 4d transition-metal compounds.

英文关键词： Spin-Orbit Coupling;Transition-Metal Compounds;Electronic Structure;Magnetism;First-Principles Calculations