ساختار الكتروني و مغناطيسي بلور دي اكسيد اورانيوم در دماهاي پايين

Electronic and Magnetic Structure of Uranium- dioxide Crystal at Low Temperatures

بلور دي اكسيد اورانيوم در دماهاي پايين داراي ساختار پاد-فرومغناطيس با نظم k3 مي باشد و رفتار عايق از خود نشان مي دهد. محاسبات ابتدا به ساكن مبتني بر نظريه تابعي چگالي در تقريبهاي موضعي و شبه موضعي براي اين سيستم به غلط رفتار فلزي پيش بيني مي كنند. براي رفع اين معضل روشهاي مختلفي وجود دارد كه از بين آنها روش LDA+U و روش تابعي هيبريدي متداولترين هستند. در اين پژوهش، ابتدا ما با استفاده از روشهاي موضعي و شبه موضعي رفتار فلزي را نشان داده و سپس با استفاده از دو روش ذكر شده ساختار پاد-فرومغناطيس به دست آورده ايم كه داراي رفتار عايق مي باشد. گاف انرژي به دست آمده توافق خوبي با تجربه دارد.

Uranium dioxide, at low temperatures, has an anti-ferromagnetic structure with 3k order and behaves as an insulator. The first-principles calculations based on the density-functional theory, in its local and semi-local approximations, incorrectly predict a metallic behavior for this system. Out of different workaround methods, LDA+U and using hybrid functionals are the most common ways. In this work, we have first reproduced the metallic behavior using local and semi-local methods and then, employing the two mentioned workaround methods, we have correctly obtained the anti-ferromagnetic structure with an insulating behavior. The calculated energy gaps are in good agreement with the experiment.