Введение к работе
Актуальность темы.
Приближение локальной электронной плотности (LDA) в течение длительного времени успешно использовалось (и используется по сей день) для описания электронных и спектральных свойств соединений, находящихся в конденсированном состоянии. Основным недостатком данного одноэлектронного приближения является то, что оно неадекватно описывает физические свойства систем, в которых наблюдаются многочастичные (корреляционные) эффекты. Примерами соединений, обладающих подобными свойствами могут служить высокотемпературные сверхпроводники, материалы с колоссальным магнетосопро-тивлением и тяжелые фермионы. Данные материалы находятся в центре внимания как теоретических, так и экспериментальных исследований.
Для преодоления вышеописанного недостатка была создана расчетная схема LDA+DMFT. Она сочетает преимущества LDA для описания слабокоррелированных электронов на s- и р-орбиталях с возможностью учета с помощью теории динамического среднего поля (DMFT) динамики локальных кулонов-ских корреляций. Суть данной схемы состоит в том, что LDA-гамильтониан малой размерности (в который включены энергетические зоны вблизи уровня Ферми) решается в рамках DMFT.
Одним из наиболее интересных объектов как экспериментальных, так и теоретических исследований в последние годы является система Ca2_iSrj;Ru04. Во-первых, она изоструктурна сверхпроводнику La2-iSrxCu04, а во-вторых, обладает сложной фазовой диаграммой со множеством магнитных переходов и переходом металл-изолятор. В свою очередь, данные новейших фотоэмиссионных экспериментов для соединений Sri-zCa^VC^ продемонстрировали интересные особенности спектральных свойств данной системы. Оказалось, что фотоэмиссионные спектры для
SrV03 и СаУОз практически одинакова- т дб ёпяыю-бт:отчается
Трос, национальная [
I ЕИБЛштКА !
3 ! «"ззьйл
от данных предшествующих экспериментов.
Электронные и спектральные свойства и закономерности их изменения для вышеозначенных систем успешно описываются с помощью метода, объединяющего приближение локальной электронной плотности и теорию динамического среднего ПОЛЯ.
Цель работы.
Целью настоящей работы было совершенствование существующих и разработка новых методов расчета электронной структуры сильнокоррелированных соединений; а также применение данных методов для изучения электронных свойств и моделирования фотоэмисионных и рентгеновских спектров оксидных соединений на основе рутения и ванадия.
Научная новизна.
Впервые предложена полноорбитальная расчетная схема без подгоночных параметров LDA+DMFT, которая позволяет описывать электронный свойства сильнокоррелированных соединений. Для построения данной схемы разработан метод проектирования LDA гамильтониана из пространства LMTO1 орбиталей в подпространство функций Ванье.
Описаны электронные свойства изоэлектронной серии сплавов Ca2_a;Sra:Ru04. Впервые численно смоделировано изменение оптических свойств рутенатов при изменении величины концентрации X.
Дано объяснение новейших экспериментальных данных для SrVC>3 и СаУОз. Впервые фотоэмиссионные спектры SrV03 рассчитаны в широком интервале энергий. Для этого была использована полноорбитальная расчетная схема LDA+DMFT. Предсказана форма фотоэмиссионного спектра с угловым разрешением для SrV03.
Для металлической и изоляторной фаз оксида ванадия V203 впервые проведено численное моделирование фотоэмиссионных и рентгеновских спектров в широком интервале энергий. Показано, что только учет всех энергетических состояний позволяет
1 LMTO г Jiinearasd Muffin-tin Orbttals (метод ліінеаризовашіьт"иаффин-тиня орбиталей).
корректно описать экспериментальные данные. Научная и практическая значимость работы.
Полученные в настоящей работе результаты представляют самостоятельный интерес для описания физических свойств рассмотренных соединений, а также могут быть использованы для построения новых теоретических моделей. Представленные методы расчета электронной структуры могут служить основой для создания еще более совершенных вычислительных схем в области физики конденсированного состояния.
Личный вклад автора.
Автором написаны блоки компьютерных программ, позволившие усовершенствовать расчетную схему LDA+DMFT. Основная часть расчетов, результаты которых представлены в данной работе, выполнены автором при участии Игоря Некрасова и Златы Пчелкиной. Постановка задач и обсуждение полученных результатов сделаны совместно с научным руководителем.
Апробация работы.
Основные положения диссертации и отдельные ее результаты докладывались на: IV Уральской региональной школе-семинаре молодых ученых и студентов по физике конденсированного состояния (Екатеринбург, 29 ноября - 2 декабря 2000 г.); всероссийской научной конференции студентов-физиков (Санкт-Петербург, 5-10 апреля 2001 г.; Екатеринбург, 29 марта - 2 апреля 2002 г.; Красноярск, 28 марта - 3 апреля 2003 г.); 33-ем всероссийском совещании по физике низких температур (Екатеринбург, 17 - 20 июня 2003 г.); IV Молодежном семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург, 30 ноября - 5 декабря 2003 г.); научных семинарах университета г. Аугсбурга (Аугсбург, Германия, 2001 - 2003 гг.).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано девять работ, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения
и списка литературы; содержит 100 страниц машинописного текста, в том числе 38 рисунков и 2 таблицы. Список литературы включает 86 наименований.
