Role of f-electrons in determining insulator to metal phase transitions of Ca(La1−xCex)2S4 (0 ≤ x ≤ 1) solid solution: A DFT + U study

反铁磁性 磁矩 兴奋剂 电子结构 密度泛函理论 硫系化合物 价电子 材料科学 固溶体 凝聚态物理 磁性半导体 金属 化学 结晶学 价(化学) 电子 计算化学 物理 光电子学 量子力学 有机化学 冶金
作者
Hori Pada Sarker,Muhammad N. Huda
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:130 (14) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0058096
摘要

For efficient usage of the rare earth-based materials in electronic or optoelectronic applications, their 4f electrons' behaviors must be understood properly. We have presented Hubbard U corrected density functional theory (DFT+U) study of structural, magnetic, electronic, and optical properties of a rare-earth chalcogenide system, Ca(La1−xCex)2S4 (0 ≤ x ≤ 1). A unique site selection technique based on local magnetic moment arrangements was applied to build the atomic arrangements for a Ce doped Ca(La1−xCex)2S4 solid solution. The incorporation of f-electrons by Ce doping modifies the properties of the parent compound, CaLa2S4. In conjunction with the DFT + U method, we applied spin–orbit coupling to determine the magnetic ground state. The inclusion of 25% Ce transforms the non-magnetic parent compound to an antiferromagnetic (AFM) compound, and AFM magnetic ordering remains unaltered throughout the whole solid solution series. In addition, these compounds also undergo insulator to semiconducting to metallic phase transitions as Ce concentration increases. While CaLa2S4 is an insulator, Ca(La1−xCex)2S4 with x = 0.25 and 0.50 are n-type semiconductors, and on the other hand, compounds with x = 0.75 and 1.0 are found to have metallic band structures. The Ce atoms in these materials were found to be in a mixed valence state, Ce3+/4+. We explained these phase transitions from the calculated electronic structures. In addition, we have presented an explanation for the experimentally observed red-orange colors of Ca(La0.25 Ce0.75)2S4 and CaCe2S4 compounds.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
1秒前
Dank1ng发布了新的文献求助10
2秒前
wwwyycc完成签到,获得积分10
2秒前
KM完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
六七发布了新的文献求助10
4秒前
Ava应助Siren采纳,获得10
5秒前
拼搏向上发布了新的文献求助10
5秒前
小饼干完成签到,获得积分10
6秒前
够了完成签到 ,获得积分10
6秒前
Jasper应助yang采纳,获得30
7秒前
562发布了新的文献求助10
7秒前
灵巧的导师完成签到,获得积分10
7秒前
SciGPT应助wwwyycc采纳,获得10
8秒前
9秒前
科研通AI6.3应助feisun采纳,获得10
10秒前
Hello应助hhh采纳,获得10
10秒前
Lin_sandwich发布了新的文献求助10
10秒前
Owen应助张振国采纳,获得10
10秒前
10秒前
小豪发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
13秒前
13秒前
邦邦发布了新的文献求助10
14秒前
科研通AI6.4应助Tripod采纳,获得10
14秒前
15秒前
文泽完成签到,获得积分10
16秒前
科研通AI6.2应助Horizon采纳,获得10
16秒前
Tracy完成签到,获得积分20
17秒前
龙星完成签到,获得积分10
18秒前
18秒前
18秒前
挽晨发布了新的文献求助10
19秒前
19秒前
aikeyan发布了新的文献求助10
19秒前
务实善若完成签到,获得积分10
19秒前
20秒前
香蕉觅云应助科研通管家采纳,获得10
20秒前
高分求助中
Cronologia da história de Macau 5000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 500
用于植入式医疗器械的馈通设计与实现 400
Animalia: Animal and Human Interaction in the Early Medieval English World (Exeter Studies in Medieval Europe) 400
Synfacts Issue 07 · Volume 22 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7138329
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8786826
关于积分的说明 18575391
捐赠科研通 6725808
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3154714
关于科研通互助平台的介绍 2281538
邀请新用户注册赠送积分活动 2129178