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
激动的谷秋完成签到,获得积分10
刚刚
wanci应助咪咪采纳,获得30
1秒前
科研通AI6.2应助sss采纳,获得10
1秒前
桐桐应助高大涟妖采纳,获得10
1秒前
jzm发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
吕佳丽发布了新的文献求助10
2秒前
yy完成签到,获得积分20
2秒前
Tianju完成签到,获得积分10
2秒前
雪花发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
3秒前
3秒前
共享精神应助猪崽采纳,获得10
4秒前
tao发布了新的文献求助10
4秒前
kiko发布了新的文献求助10
4秒前
ymu发布了新的文献求助10
4秒前
太清发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
yy发布了新的文献求助10
6秒前
music_2号完成签到,获得积分10
6秒前
执着的海完成签到,获得积分10
6秒前
静静的农人完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
SinfulG完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
华仔应助zqyzqy采纳,获得10
8秒前
8秒前
NexusExplorer应助x-17采纳,获得20
9秒前
朝春日走去完成签到,获得积分10
9秒前
ding应助舒适的万言采纳,获得10
9秒前
淡定的翠发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
潇潇发布了新的文献求助10
9秒前
不知终日梦为鱼完成签到,获得积分10
10秒前
香蕉觅云应助睡个好觉采纳,获得10
10秒前
乐乐应助un采纳,获得10
10秒前
10秒前
今后应助syy采纳,获得10
10秒前
xiaotian完成签到,获得积分10
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to Helicopter and Tiltrotor Flight Simulation, Second Edition 2500
卤化钙钛矿人工突触的研究 2000
Malcolm Fraser : a biography 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Bounds for Statistical Estimation in Semiparametric Models 500
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
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 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6502500
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8297170
关于积分的说明 17708624
捐赠科研通 5600441
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2919120
邀请新用户注册赠送积分活动 1896357
关于科研通互助平台的介绍 1757714