First-Principles Calculations of Magnetite (Fe3O4) above the Verwey Temperature by Using Self-Consistent DFT + U + V

密度泛函理论 背景(考古学) 电子结构 谱线 凝聚态物理 X射线吸收光谱法 充电顺序 费米能级 物理 电荷(物理) 材料科学 化学 吸收光谱法 计算化学 量子力学 电子 古生物学 生物
作者
Nelson Naveas,Ruth Pulido,Carlo Marini,Pierluigi Gargiani,Jacobo Hernández‐Montelongo,Iván Brito,Miguel Manso‐Silván
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
卷期号:19 (23): 8610-8623 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.3c00860
摘要

In this report, we have used the DFT + U + V approach, an extension of the DFT + U approach that takes into account both on-site and intersite interactions, to simulate structural, magnetic, and electronic properties together with the Fe and O K-edge XAS spectra of Fe3O4 above the Verwey temperature (Tv). Moreover, we compared the simulated XAS spectra with experimental XAS data. We examined both orthogonalized and nonorthogonalized atomic orbital projectors and compared DFT + U + V to DFT, DFT + U, and HSE as a hybrid functional. It is noteworthy that, despite the widespread use of the same Hubbard U value for Feoct and Fetet at the DFT + U level in the literature, the HP code identified two distinct values for them using the Hubbard approaches (DFT + U and DFT + U + V). The resulting Hubbard U and V parameters are strongly dependent on the chosen orbital projectors. This study demonstrates how DFT + U + V can improve the structural, magnetic, and electronic properties of Fe3O4 compared to approximate DFT and DFT + U. In this context, DFT + U + V supports the half-metallic character of the bulk crystal Fe3O4 above Tv, since the Fermi level is found in the t2g band with a Feoct down-spin. Thus, the observations in the current study emphasize the significance of intersite interactions in the theoretical analysis of Fe3O4 above the Tv.
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