論文の概要: Multiplet structure of chromium(III) dopants in wide band gap materials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.07398v1
- Date: Mon, 08 Dec 2025 10:32:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.840944
- Title: Multiplet structure of chromium(III) dopants in wide band gap materials
- Title（参考訳）: 広帯域ギャップ材料中のクロム(III)添加剤の多重構造
- Authors: Ilya Popov, Petros-Panagis Filippatos, Shayantan Chaudhuri, Andrei L. Tchougréeff, Katherine Inzani, Elena Besley,
- Abstract要約: 遷移金属原子の一部が$d$-shellで満たされ、様々な空間対称性とスピン対称性を持つ電子状態につながる。
クロム(III)カチオンは、レーザー材料を設計する大きな可能性を示し、最近では量子応用におけるスピン量子ビットの開発にも大きな可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Transition metal doping is commonly used for altering the properties of solid-state materials to suit applications in science and technology. Partially filled $d$-shells of transition metal atoms lead to electronic states with diverse spatial and spin symmetries. Chromium(III) cations have shown great potential for designing laser materials and, more recently, for developing spin qubits in quantum applications. They also represent an intriguing class of chemical systems with strongly correlated multi-reference excited states, due to the $d^3$ electron configuration. These states are difficult to describe accurately using single-reference quantum chemical methods such as density functional theory (DFT), the most commonly used method to study the electronic structures of solid-state systems. Recently, the periodic effective Hamiltonian of crystal field (pEHCF) method has been shown to overcome some limitations arising in the calculations of excited $d$-states. In this work, we assess the suitability of DFT and pEHCF to calculate the electronic structure and $d$-$d$ excitations of chromium(III) dopants in wide band gap host materials. The results will aid computational development of novel transition metal-doped materials and provide a deeper understanding of the complex nature of transition metal dopants in solids.
- Abstract（参考訳）: 遷移金属ドーピングは、科学や技術の応用に適した固体材料の特性を変えるために一般的に用いられる。
遷移金属原子の一部が$d$-shellで満たされ、様々な空間対称性とスピン対称性を持つ電子状態につながる。
クロム(III)カチオンは、レーザー材料を設計し、より最近では量子アプリケーションでスピン量子ビットを開発する大きな可能性を示している。
電子配置が$d^3$であることから、強い相関の多参照励起状態を持つ興味深い化学系のクラスでもある。
これらの状態は密度汎関数理論(DFT)のような単一参照量子化学法を用いて正確に記述することは困難であり、固体系の電子構造を研究するのに最もよく用いられる方法である。
近年、結晶場の周期的有効ハミルトニアン (pEHCF) 法は、励起$d$状態の計算によって生じるいくつかの制限を克服することが示されている。
本研究では,DFTおよびpEHCFの電子構造を計算し,広帯域ギャップホスト材料中のクロム(III)ドパントを$d$-$d$で励起する方法について検討した。
この結果は、新しい遷移金属ドープ材料の計算開発に役立ち、遷移金属ドーパントの固体における複雑な性質をより深く理解するのに役立つ。
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