Improved pseudopotential transferability for magnetic and electronic properties of binary manganese oxides from DFT+U+J calculations

赝势 密度泛函理论 凝聚态物理 混合功能 基态 价(化学) 电子结构 结晶学 物理 材料科学 化学 原子物理学 量子力学 冶金
作者
Jin Soo Lim,Diomedes Saldana‐Greco,Andrew M. Rappe
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:94 (16) 被引量:40
标识
DOI:10.1103/physrevb.94.165151
摘要

We employ the fully anisotropic $\mathrm{DFT}+U+J$ approach with the PBEsol functional to investigate ground-state magnetic and electronic properties of bulk binary manganese oxides: MnO, ${\mathrm{Mn}}_{3}{\mathrm{O}}_{4}, \ensuremath{\alpha}\ensuremath{-}{\mathrm{Mn}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}$, and $\ensuremath{\beta}\ensuremath{-}{\mathrm{MnO}}_{2}$, in order of increasing Mn valence. The computed crystal structures, noncollinear magnetic ground states, and corresponding electronic structures are in good agreement with the experimental data and hybrid functional calculations available in the literature. We take into account the nonlinear core-valence interaction in our Mn pseudopotential designed by ourselves, as it has been proven to be important for transition-metal systems. Although the Hubbard $U$ term is capable by itself of opening a band gap, the explicitly defined exchange parameter $J$ plays an important role in improving the detailed electronic and noncollinear magnetic structure profiles. Appropriate band gaps are obtained with $U$ values smaller than those used in previously reported calculations. Our results suggest that pseudopotential design together with $\mathrm{DFT}+U+J$ enables the acquisition of accurate properties of complex magnetic systems using a nonhybrid density functional.
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