論文の概要: Ab initio calculations of erbium crystal field splittings in oxide hosts: role of the 4f radial wave function
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.03353v1
- Date: Mon, 06 Jan 2025 19:36:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-08 15:46:35.762770
- Title: Ab initio calculations of erbium crystal field splittings in oxide hosts: role of the 4f radial wave function
- Title（参考訳）: 酸化物ホストにおけるエルビウム結晶体分裂のアブ初期計算:4fラジアル波動関数の役割
- Authors: Yogendra Limbu, Yueguang Shi, Joseph Sink, Tharnier O. Puel, Durga Paudyal, Michael E. Flatté,
- Abstract要約: 絶縁ホストにおける希土類原子の結晶場係数(CFC)を簡易かつ効果的に計算する方法を開発した。
本稿では, MgO, TiO$$, CaWO$_4$, PbWO$_4$の広帯域ギャップ酸化物ホストにおけるErに着目した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: We expand here our description of a newly developed simple and effective ab initio method of calculating crystal field coefficients (CFCs) of rare-earth atoms in insulating hosts, focusing on Er in wide band gap oxide hosts MgO, ZnO, TiO$_2$, CaWO$_4$, and PbWO$_4$, which exemplify different local site symmetries. These hybrid functional calculations, which incorporate a portion of exact exchange from Hartree-Fock theory, reproduce the experimentally identified insulating band gaps of these oxides. The negative values of cohesive and formation energies confirm the structural and chemical stability of these oxides, whereas the defect formation energies indicate that Er doped ZnO, CaWO$_4$, and PbWO$_4$ are easier to form compared to Er doped MgO and TiO$_2$. Er doped in these oxide hosts exhibits a spin magnetic moment of $\sim$ 3 $\mu_B$ confirming the $3+$ valence state. The CFCs of these hosted Er are determined from charge densities and potentials obtained from non-spin-polarized calculations, involving a 4\textit{f} core approximation. These CFCs are subsequently used to solve an effective Hamiltonian and generate the crystal field splitting of Er 4f. These calculated Er 4f energy levels are in good agreement with available experiments.
- Abstract（参考訳）: ここでは、絶縁ホストにおける希土類原子の結晶場係数(CFC)を計算するための、新しく開発された単純で効果的なアブイニシアチブ法について、広帯域酸化物ホストMgO、ZnO、TiO$_2$、CaWO$_4$、PbWO$_4$のErに着目して説明する。
これらのハイブリッド関数計算は、ハートリー・フォック理論からの正確な交換の一部を組み込んで、これらの酸化物の絶縁バンドギャップを実験的に再現する。
一方,Er添加ZnO,CaWO$_4$,PbWO$_4$は,Er添加MgOおよびTiO$_2$に比べて形成が容易であることが示唆された。
これらの酸化物ホストにドープされたErは、スピン磁気モーメントが$\sim$ 3 $\mu_B$で、3+$価状態を確認する。
これらのErのCFCは、電荷密度と4\textit{f}コア近似を含む非スピン偏極計算から得られるポテンシャルから決定される。
これらのCFCは後に有効ハミルトニアンを解くために使われ、Er4fの結晶場分裂を生成する。
これらの計算されたEr 4fエネルギーレベルは、利用可能な実験とよく一致している。
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