稀土作為一種不可再生的稀有資源，被廣泛應用于軍事、電子、環(huán)保、航天等領域，與高新技術和國防科技的發(fā)展息息相關。隨著國家政策的扶持，稀土功能材料受到了廣泛的研究，技術難題不斷地突破，其應用價值也越來越大。然而，由于稀土離子4f5d電子的強關聯(lián)特性，目前的研究對稀土微觀電子結構的物性關聯(lián)缺乏深入系統(tǒng)地解析，微觀結構與宏觀性能的之間關系規(guī)律還有待建立。因此，從理論上研究稀土功能材料的微觀結構與宏觀光、電、磁性能的關系是實現(xiàn)其高值化應用的關鍵。本著作針對稀土功能材料，以R2CoMnO6/La2CoMnO6 (R = Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm) 近室溫多鐵材料、LaCu2Fe4O12負熱膨脹材料、Lu2O3:Ln (Ln= Nd, Sm,Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb)發(fā)光材料，BaLaGa3O7:Nd,Tb激光晶體材料材料等體系為研究對象，發(fā)揮理論計算的優(yōu)勢，以稀土離子鑭系收縮效應和4f5d電子能級的近連續(xù)變化分別作為微觀晶體結構和微觀電子結構的調(diào)諧開關，在這種“雙開關”的理論設計下，探索稀土離子的成鍵特性以及晶體場劈裂規(guī)律，從理論上揭示稀土微觀電子結構的物性關聯(lián)，進而指導實驗的定向制備，具有重要的學術價值和研究意義。
本書將幫助讀者把握稀土微觀電子結構物
性關聯(lián)的本質(zhì)和內(nèi)涵。
孟君玲，吉林師范大學化學學院，副教授，博士畢業(yè)于中國科學院長春應用化學研究所，稀土資源利用國家重點實驗室。自研究生學習以來，一直從事稀土功能材料的研究工作，在實驗合成、結構與物理化學性能表征以及第一性原理計算上都有著深厚的研究基礎。作者近幾年利用Materials?Studio、VASP、WIEN2K等計算程序，在稀土功能材料的結構模型構建、微觀電子結構計算、宏觀性能模擬以及微觀機理的揭示等方面都作了系統(tǒng)的研究，對于稀土微觀電子結構的物性關聯(lián)有著獨到的見解。
目
錄
CONTENTS
第1章
緒論
/ 001
1.1 稀土元素特性
/002
1.2 稀土材料的應用
/ 005
1.2.1
稀土光學材料
L00/
1.2.2
稀土電學材料
/008
1.2.3 稀土磁性材料
/009
1.3 稀土離子電子躍遷特性簡介
/ 012
1.4 稀土鐵電性、磁性、多鐵性簡介
/013
1.5 常見的磁性物理簡介
/ 018
1.5.1 晶體場理論
/018
1.5.2
超交換作用與雙交換作用
/020
1.5.3
電荷-自旋-軌道有序
/022
1.5.4金屬-絕緣體轉變
/023
1.6 計算材料學簡介
/ 024
1.7 稀土材料理論計算
/ 025
1.8 本書的寫作思路
/ 027
第2章
理論背景與計算方法
/ 028
2.1 密度泛函理論簡述
/ 028
2.1.1
基本近似
/029
2.1.2
基組處理
/032
·I·
稀土微觀電子結構的物性關聯(lián)
2.2 第一性原理計算簡介/036
2.3 強關聯(lián)體系的計算修正/038
2.3.1 問題描述及修正方法/038
2.3.2 DFT＋U方法/039
2.4 常用模擬軟件介紹/040
2.4.1 WIEN2k/040
2.4.2 Materials Studio/041
2.4.3 VASP/041
第3章應用密度泛函理論計算研究BaLaGa3O7：Nd，Tb的發(fā)光機理/042
3.1 計算方法/043
3.2 結果與討論
/044
3.2.1 完整BLGO晶體計算/044
3.2.2 BLGO晶胞中的單缺陷/047
3.2.3 BLGO晶胞中稀土Nd離子的摻雜/051
3.2.4 BLGO：Nd中的復合缺陷/053
3.2.5 BLGO基體中其他稀土離子的摻雜/056
3.2.6 發(fā)光特性研究090/
3.2.7 BLGO：Nd和BLGO：Nd，Tb的發(fā)光機理/061
3.3 本章小結/062
第4章化學壓和靜水壓作用下R2CoMnO6／La2CoMnO6多鐵材料的微觀機理研究/063
4.1 計算方法/064
4.2 結果與討論/065
4.2.1 化學壓及微觀機理990/
·II·
目錄
4.2.2 靜水壓及微觀機理/073
4.3 本章小結
/076
第5章L a C u _ { 3 } F e _ { 4 } O _ { 1 2 }負熱膨脹材料中壓力誘導的磁性、電荷以及自旋態(tài)的轉變/077
5.1 計算方法/078
5.2 結果與討論/079
5.2.1 晶體結構和磁結構分析/079
5.2.2 壓力誘導的電荷轉移／不均勻分布/084
5.2.3 壓力誘導自旋態(tài)的轉變/090
5.2.4 負熱膨脹行為/ 092
5.3 本章小結/095
第6章L u _ { 2 } O _ { 3 } : L n（Ln＝稀土離子）發(fā)光材料中4f電子的躍遷特性和發(fā)光機理960/
6.1 計算方法
/097
6.2 結果與討論
/099
6.2.1L _ { 1 1 _ { 2 } } O _ { 3 }基體的晶體結構和電子結構分析/099
6.2.2一系列稀土離子摻雜L u _ { 2 } O _ { 3 }的計算/101
6.2.3L _ { 1 1 _ { 2 } } O _ { 3 }：Ln中4F相關的電子躍遷行為/103
6.2.4L u _ { 2 } O _ { 3 }：Ln體系的吸收特性/107
6.3 本章小結/109
第7章 結論/110
參考文獻/112
·III·
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