리티움-아연훼리트 Li_1-xZn_2xFe_5-xO₈의 구조적, 전자적, 자기적 및 광학적성질에 대한 제1원리적연구

리티움-아연훼리트는 아연치환이 훼리트의 포화자화를 증가시키고 결정학적자기이방성을 낮추며 보자력과 강자성공진선폭을 감소시키는것으로 하여 초고주파장치들에서 널리 리용되고있다.

여기서 연구조는 제1원리계산을 진행하여 리티움-아연훼리트 Li_1−xZn_2xFe_5−xO₈(LZFO, x=0.0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0) 의 구조적, 전자적, 자기적 및 광학적성질을 연구하였다.

모든 밀도범함수계산은 의포텐샬평면파프로그람인 VASP 5.4.4를 리용하여 진행하였고 전자-핵호상작용을 묘사하는 의포텐샬로는 코드에서 표준적으로 제공하는 사용자배파(PAW)포텐샬을 리용하였다.

매 조성에 대하여 가장 낮은 에네르기를 가지는 구조를 결정하기 위하여 모든 가능한 배치들에 대한 구조최량화를 진행하고 그것들의 DFT전에네르기를 결정하였다.

그림은 매 조성에 대하여 가장 낮은 전에네르기를 가진 최량화된 구조를 보여준다.

그림. Li_1−xZn_2xFe_5−xO₈의 결정단위살창들에 대한 다면체모형(풀색, 밤색, 회색, 붉은색구들은 각각 Li, Fe, Zn, O원자들을 나타냄)

Fe 3d상태에 대하여 U=4eV인 DFT+U방법을 적용하여 계산한 결과 살창상수들은 아연함량 x가 증가함에 따라 선형적으로 변하여 베가드의 법칙을 만족시킨다.

또한 계산된 전체 자화는 실험값과 거의 일치하게 변하며 웃방향스핀과 아래방향스핀상태들에 대한 금지띠너비는 2차함수적으로 변한다.

아연함량이 증가함에 따라 유전률은 점차 감소하고 빛흡수곁수, 반사률 및 굴절률은 0~8eV의 빛량자에네르기범위에서 감소하는 특성을 나타내며 전자의 에네르기손실봉우리도 점차적으로 낮아진다.

이와 같이 여기서는 리티움-아연훼리트에 대한 제1원리계산을 진행하여 구조적, 전자적, 자기적 및 광학적성질을 비롯한 훼리트고용체의 재료특성에 대한 원자론적인 견해를 줌으로써 선진적인 전자기장치에 들어가는 훼리트재료를 설계하는데 일정한 기여를 한다.

연구결과는 잡지 《New Journal of Chemistry》에 《A first-principles study on the structural, electronic, magnetic and optical properties of lithium zinc ferrite Li_1-xZn_2xFe_5-xO₈》(https://doi.org/10.1039/d5nj04137f)의 제목으로 출판되였다.