钙钛矿结构过渡金属氧化物B位掺杂磁性、电子结构及输运性研究

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基本信息

  • 批准号：
    51002130
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    张新宇
  • 依托单位：
    燕山大学
  • 学科分类：
    E0206.功能陶瓷
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

具有ABO3构型的过渡金属氧化物通过A位和B位掺杂可以得到多种独特的物理和化学性质。而相比A位掺杂，B位掺杂对体系的作用机理至今仍没有得到合理解释。本课题拟基于密度泛函理论方法对B位及AB位共掺杂的钙钛矿结构过渡金属氧化物磁性、电子结构及输运性进行研究。其中利用Bader电荷分配理论以及Lowdin方法研究电荷转移及氧化态随不同掺杂情况的变化规律。结合Bethe-Salpeter方程和含时密度泛函理论，采用超晶胞方法并且包含原子芯态空穴效应模拟不同成分晶体中不同位置氧原子K边吸收谱随掺杂的变化，探索配体空穴的产生机制和分布规律及其对体系输运性的影响。探索Fermi能级附近空穴态的产生、迁移及重分布行为及氧原子与A、B位离子的杂化作用之间的相互影响规律。另外研究外加压强对过渡金属氧化物中电子强关联的作用机理及对掺杂作用的影响。总结过渡金属氧化物B位掺杂机理及物理本质，为新材料的设计提供参考。

结项摘要

本课题基于密度泛函理论方法对B位及AB位共掺杂的钙钛矿结构过渡金属氧化物结构、磁性、电子结构及输运性进行了研究。采用线性响应自洽方法确定Hubbard U数值，通过LSDA+U的方法系统分析了LaFeO3和SrFeO3磁性稳定性和电子性质，发现G类反铁磁性结构为LaFeO3的最稳定结构，SrFeO3的基态结构为FM铁磁性。对LaFeO3的力学性质，弹性各向异性，声速各向异性和热力学性质以及压力影响规律进行了系统研究，得到了比热、德拜温度、热膨胀系数、Grüneisen参数等一系列重要性质。通过B位和A位掺杂方法，结合固态反应实验和理论计算深入研究了LaFe0.75Ni0.25O3和LaxSr1-xFe0.75Ni0.25O3的结构、电子性质、磁性和氧K边NEXAFS吸收谱。吸收谱主要贡献来自于1s轨道电子到与金属轨道发生杂化作用的未占据的2p轨道的跃迁过程。研究发现Fe的3d轨道双重态主要来自于其自旋向下态在八面体晶体场（10Dq）中能级分裂为三重态t2g和双重态的eg轨道，这与化合物中Fe3+离子具有的高自旋态S=5相一致。通过LaFeO3和LaFe0.75Ni0.25O3的NEXAFS谱研究发现B位掺杂的Ni没有改变Fe离子的价态和自旋状态。但是Ni的加入对Fe的3d轨道产生了明显影响，使得Fe的3d轨道变宽因此导致d-d, p-d相互作用和p-d交换相互作用的减弱，而使Fe的3d轨道和O的2p轨道的重叠增加，强化了杂化作用，并对体系电子性质和吸收谱产生重要影响。通过系统研究A位和B位共掺杂LaxSr1-xFe0.75Ni0.25O3 (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1)的电子性质发现上价带部分主要由O的2p轨道态构成，含有部分Fe和Ni的3d轨道贡献，同时Fermi能级主要来自O的sp轨道态。并且O的2p轨道和Fe和Ni的3d轨道具有较强的杂化作用。随着A位Sr的含量增加，价态边逐渐向Fermi能级移动，O的2p空轨道态与Ni的杂化作用更加明显。价带的移动与Fermi能级态N(Ef)的增加相对应，而当x=0.75时的Fermi能级态比x=0.5时小，这与实验测量结果x=0.5时体系具有最好的导电性的结论相一致。x=0.5时体系中Fe的3d轨道和Ni的3d轨道通过连接的O原子而具有的明显杂化作用，这对材料的电子性质具有重要影响。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Strength and bonding nature of superhard Z-carbon from first-principle study
第一性原理研究超硬Z-碳的强度和结合性质
  • DOI：
    10.1063/1.4732136
  • 发表时间：
    2012-06
  • 期刊：
    AIP Advances
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    J. Qin;Z. Hou;X. Y. Zhang
  • 通讯作者：
    X. Y. Zhang
High-pressure Raman spectroscopy study of LiGaO2
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  • DOI：
    10.1016/j.ssc.2013.03.030
  • 发表时间：
    2013-06-01
  • 期刊：
    SOLID STATE COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Lei, Li;Ohfuji, Hiroaki;Irifune, Tetsuo
  • 通讯作者：
    Irifune, Tetsuo
Proton diffusivity in spark plasma sintered BaCe0.8Y0.2O3 : In-situ combination of quasi-elastic neutron scattering and impedance spectroscopy
火花等离子烧结BaCe0.8Y0.2O3中的质子扩散率
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Solid State Ionics
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Q. Chen;J. Banyte;X. Zhang;J. P. Embs;A. Braun
  • 通讯作者：
    A. Braun
Different topological insulating behavior in -GaS and GaS-II under uniaxial tension
不同的拓扑绝缘行为
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Physical Review B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    X. Huang;X. Zhang;Y. Liu;Y. Wu;B. Sa;M. Ma;Z. Sun;R. Liu
  • 通讯作者：
    R. Liu

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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