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
刚刚
笑笑完成签到,获得积分10
1秒前
dddragonnn发布了新的文献求助30
2秒前
图图搞科研完成签到,获得积分20
2秒前
溯溯完成签到,获得积分0
2秒前
3秒前
平常的元蝶完成签到 ,获得积分10
3秒前
invisight举报leowantaa的求助涉嫌违规
3秒前
4秒前
tc完成签到,获得积分10
5秒前
丘比特的应助被勤恳的访风采纳,获得10
5秒前
英姑的应助被正直的凌寒采纳,获得10
6秒前
坚定铸海发布了新的文献求助10
7秒前
蓉蓉完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
11秒前
糕糕完成签到,获得积分10
11秒前
panda完成签到 ,获得积分10
13秒前
平淡的翠安完成签到 ,获得积分10
13秒前
14秒前
14秒前
didi发布了新的文献求助10
14秒前
llaviner完成签到,获得积分10
14秒前
所所的应助被mark163采纳,获得10
14秒前
kakakaku完成签到 ,获得积分10
16秒前
敏感绍辉发布了新的文献求助10
16秒前
16秒前
uwasa完成签到,获得积分10
18秒前
科研通AI6.2的应助被dddragonnn采纳,获得10
18秒前
小李发布了新的文献求助10
20秒前
20秒前
霸气映之完成签到,获得积分10
21秒前
kiki完成签到,获得积分10
21秒前
Anonymous的应助被笑点低的紫采纳,获得10
21秒前
矿矿发布了新的文献求助10
22秒前
kuan_完成签到 ,获得积分10
22秒前
fukesi发布了新的文献求助10
22秒前
Jasper的应助被ccc采纳,获得10
23秒前
25秒前
南楼小阁主完成签到,获得积分10
25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
Aspects of Post-SPE Phonology 2000
Performance standards for antimicrobial disk and dilution susceptibility tests for bacteria isolated from animals 888
Rosenblum, Global Change Biology 800
Holistic Discourse Analysis, Second Edition by Robert E. Longacre (2012-09-10) 666
Final Report for the 2-D Test of Model 901 Rotor and Wing Airfoils (BSWT 592) 528
Berberine regulates the TLR4 signaling pathway to suppress hypoxia-induced proliferation and migration of pulmonary arterial smooth muscle cells 520
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 计算机科学 工程类 纳米技术 物理 有机化学 化学工程 内科学 生物化学 复合材料 催化作用 心理学 细胞生物学 无机化学 电极 光电子学 人工智能
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7889029
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9400684
关于积分的说明 20841505
捐赠科研通 7491735
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3357370
关于科研通互助平台的介绍 2495942
邀请新用户注册赠送积分活动 2385693