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摘 要 本文采用基于密度泛函理论对最近首次成功合成的Sr2CrO2（FeAs）2铁基化合物进行第一性原理计算。计算准确的给出了材料内部原子的位置，基态磁结构。但是对材料电子态密度的计算结果与实验不符，这也指出了GGA近似的不足之处。
关键词 密度泛函理论；磁结构；电子态密度
A 文章编号 1674-6708（2013）95-0206-02
自从发现了LaFeAs（O，F） 超导体，许多具有类似FeAs层状结构的铁基超导体被制备出来并且对它们做了大量的理论研究。Ozawa 等学者认为其它具有类似层状结构的化合物也可能是超导体的候选材料。因此，一系列具有层状结构的材料被制备出来，如Sr2Mn3As2O2和Sr2Fe3As2O2。最近日本学者Naoya等人首次成功的合成了铁基化合物Sr2CrO2（FeAs）2。他们报道了材料的结构，电阻率，磁性等物理性质。但由
2结果与讨论
参考文献
T C Ozawa， S M Kauzlarich， Chemistry of layered d-metal pnictide oxides and their potential as candidates for new superconductors， Sci.Technol.Adv.Mater.9 2008.
N Eguchi， F Ishikawa， M Kodama et al， Synthesis of New Layered Oxypnictides Sr2CrO2（FeAs）2， J.Phys.Soc.Jpn.82 2013.
[3]D Vanderbilt， Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formali， Phys.Rev.B 41 1990.
[4]J P Perdew， K Burke， M Ernzerhof， Generalized gradient approximation made simple， Phys.Rev.Lett 77 1996.
[5]H J Monkhorst， J D Pack， Special points for Brillouin-zone Integrations， Phys.Rev.B 13 1976.
关键词 密度泛函理论；磁结构；电子态密度
A 文章编号 1674-6708（2013）95-0206-02
自从发现了LaFeAs（O，F） 超导体，许多具有类似FeAs层状结构的铁基超导体被制备出来并且对它们做了大量的理论研究。Ozawa 等学者认为其它具有类似层状结构的化合物也可能是超导体的候选材料。因此，一系列具有层状结构的材料被制备出来，如Sr2Mn3As2O2和Sr2Fe3As2O2。最近日本学者Naoya等人首次成功的合成了铁基化合物Sr2CrO2（FeAs）2。他们报道了材料的结构，电阻率，磁性等物理性质。但由
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于所合成材料为多晶体，同时又有铁磁Fe–Cr合金杂质，所以纯净Sr2CrO2（FeAs）2铁基材料的磁学性质没有准确的测出。而理论上基于密度泛函理论的第一性原理材料性质的模拟计算，却可以较为准确的给出所设计材料的基态物理性质，如总能量，电荷密度和磁性。本文就利用密度泛函理论为基础的VASP软件，对Sr2CrO2（FeAs）2材料进行理论计算，并与实验结果进行了比较。1 计算方法
本文计算采用基于密度泛函理论（density functional theory，DFT）VASP（ Vienna ab-initio simulation package）软件包进行计算。电子与离子实之间用超软赝势[3]， 交换关联能泛函用广义梯度近似下的Perdew-Burke-Ernzerhof （PBE）[4]， 计算中平面波截断能取250eV，布里渊区积分采用5×5×5的Monkorst-Pack[5]方案，内部原子作用力弛豫到低于0.01eV/，体系总能量收敛于1×10-4eV/atom。2结果与讨论
2.1体系优化
在理论模型计算中，我们采用了文献中的晶格常数即a=b=3.9948，c=18.447，α=β=γ=90o ，然后我们固定晶胞的结构和体积，仅对原子内部坐标进行弛豫。我们原子坐标的弛豫结果是Sr（0.00，0.00，0.4098），Cr（0.00，0.00，0.00），O（0.00，0.50，0.00），Fe（0.00，0.50，0.25），As（0.00，0.00，0.1753）。与文献的实验结果比较，我们坐标优化后的结果与实验非常接近，说明本文采用的计算方法是可行的。2.2 基态磁结构计算
由于实验报道的合成材料为多晶体，同时又有铁磁的Fe–Cr合金杂质。所以纯净Sr2CrO2（FeAs）2材料的基态磁结构实验无法准确给出。本文计算了材料分别为顺磁，铁磁和反铁磁态下的基态总能量，如表一所示，我们发现反铁磁态的基态能量最低，根据能量最低原理，材料的基态应该为反铁磁态。实验也报道材料的每个化学单胞总磁矩为0.12uB，基本接近于零，这是由于材料处于反铁磁态，内部磁性离子的磁矩方向相反，总体的对外效果为不显磁性。我们的计算与实验一致。同时，我们知道对于具有强关联性质的Cr 3d，Fe 3d电子GGA计算往往不能反映材料的磁学性质，所以我们又采用了GGA+U的计算，发现Cr 3d，Fe 3d 电子的磁矩随着U值的增加而增加。我们采用的U值范围从2-6eV， Cr 3d 磁矩从3.17uB增加到3.67uB，Fe 3d 磁矩从2.94uB增加到3.45uB。
2.3 态密度分析
图一画出了Sr2CrO2（FeAs）2总态密度图，从图中我们可以看出材料自旋向上和向下的态密度相同，说明材料是反铁磁基态。费米面上有态密度的分布，说明材料计算结果为金属态，但实验报道为半导体。我们尝试了改变不同的U值，但都没有获得带隙，这也是密度泛函理论采用GGA近似对材料带隙预测不准的主要缺点。3 结论与展望
我们采用基于密度泛函理论的VASP软件包对最近首次成功合成的Sr2CrO2（FeAs）2铁基化合物进行了第一性原理计算。计算给出了材料内部原子的位置，基态反铁磁结构。但是材料导电性的计算结果与实验不符，这也说明了GGA近似的不足之处，今后发展更好的交换关联能近似可能会解决这一问题。参考文献
T C Ozawa， S M Kauzlarich， Chemistry of layered d-metal pnictide oxides and their potential as candidates for new superconductors， Sci.Technol.Adv.Mater.9 2008.
N Eguchi， F Ishikawa， M Kodama et al， Synthesis of New Layered Oxypnictides Sr2CrO2（FeAs）2， J.Phys.Soc.Jpn.82 2013.
[3]D Vanderbilt， Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formali， Phys.Rev.B 41 1990.
[4]J P Perdew， K Burke， M Ernzerhof， Generalized gradient approximation made simple， Phys.Rev.Lett 77 1996.
[5]H J Monkhorst， J D Pack， Special points for Brillouin-zone Integrations， Phys.Rev.B 13 1976.