التحولات البنيوية الكهروحديدية في المعادن
| dc.contributor.author | شايب ريب مسعودة | |
| dc.date.accessioned | 2025-11-25T13:45:56Z | |
| dc.date.available | 2025-11-25T13:45:56Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | In this study, we analyzed the structural and electronic properties of the polar metal LiOsO₃, which undergoes a structural phase transition from a high-temperature centrosymmetric phase (R 3 c) to a low-temperature non-centrosymmetric phase (R3c) at around 140 K. The focus was placed on the interplay between the crystal structure, magnetic ordering, and spin–orbit coupling (SOC). Our results indicate that the R3c structure is energetically more stable. Furthermore, the inclusion of both SOC and antiferromagnetic (AFM) ordering yields similar effects on the electronic structure, manifested by a reduction in the density of states (DOS) at the Fermi level. This finding is consistent with the experimentally observed poor conductivity and supports the existence of a magnetic state in the compound. Additionally, structural relaxation with SOC leads to improved agreement with the experimental electronic structure, reinforcing the correlation between structural and electronic properties. To classify the electronic correlation strength of this polar metal, we calculated the Hubbard U parameter using linear response theory within the DFT+U framework. The results classify LiOsO₃ as a weakly correlated material, with a ratio of U/W < 1, which does not justify the application of the LDA+U approach as used in some previous studies. The study also encompassed an investigation of the mechanical, thermoelectric, and semi-classical transport properties. In this context, we examined electronic transport in a Cu/LiOsO₃/Cu(111) junction using a combination of density functional theory (DFT) and the non-equilibrium Green’s function (NEGF) formalism within the Landauer–Büttiker approximation, aiming to explore the influence of the polar structural transition and magnetic ordering on transport behavior. The calculations revealed that the structural transition between the two phases has a minor effect on the transport properties, as both phases exhibit high conductivity. However, the introduction of AFM ordering leads to a significant suppression of transmission near the Fermi level. Moreover, increasing the spacer thickness results in a current drop by approximately one order of magnitude, further supporting the hypothesis of a localized or unconventional magnetic state. On the other hand, spin-spiral calculations suggest that the system favors a non-collinear magnetic ground state with varied magnetic moments, rather than a conventional collinear configuration. This may partially explain the experimental challenges in determining the exact magnetic structure. In conclusion, the combination of non-traditional magnetic ordering and strong spin–orbit interaction in osmium highlights LiOsO₃ as a promising candidate for spintronic applications. | |
| dc.description.abstract | في هذه الدراسة، قمنا بتحليل الخواص البنيوية والإلكترونية لمعدن LiOsO₃ المستقطب، الذي يتميز بتحول بنيوي من طور مركزي التناظر (R3 ̅c) إلى طور لا مركزي التناظر (R3c) عند K) 140 ) ، مع التركيز على التداخل بين الهيكل البلوري، والحالة المغناطيسية، وتفاعل السبين–مدار (SOC). أظهرت النتائج أن البنية R3c هي الأكثر استقرارًا من الناحية الطاقية. كما أن إدراج كل من تأثير السبين–مدار والترتيب المغناطيسي المضاد (AFM) يؤدي إلى تأثير متشابه على البنية الإلكترونية، يتمثل في انخفاض كثافة الحالات (DOS)، وهو ما يتماشى مع الناقلية الضعيفة التي تم تسجيلها تجريبيًا، ويدعم فرضية وجود حالة مغناطيسية في المركب. إضافةً إلى ذلك، أظهر الاسترخاء البنيوي المحسوب مع تضمين SOC توافقًا أفضل من حيث البنية الإلكترونية، مما يعزز الترابط بين البنية و الخواص. للفصل في تصنيف المعدن المستقطب من حيث الارتباط الالكتروني، قمنا بحساب كمون هابارد U باستخدام نظرية الاستجابة الخطية ضمن تقريب LDA، حيث أظهرت النتائج أن المركب يُصنف ضمن المواد ضعيفة الارتباط الإلكتروني (weakly correlated)، وذلك من خلال النسبة U/W<1. هذه النتيجة لا تبرر استخدام طريقة LDA+Uكما ورد في بعض الدراسات السابقة. شملت الدراسة كذلك تحليل الخواص الميكانيكية، والكهروحرارية، وخصائص النقل الإلكتروني الشبه كلاسيكي. كما قمنا بدراسة النقل في وصلة من النوع Cu/LiOsO₃/Cu(111) باستخدام مزيج من نظرية دالة الكثافة (DFT) وطريقة دالة غرين خارج التوازن (NEGF) في إطار تقريب لانداور–بيوتيكر، بهدف تحليل تأثير التحول البنيوي شبه القطبي و الحالة المغناطيسية على النقل. أظهرت الحسابات أن التحول البنيوي بين الطورين له تأثير طفيف على خاصية النقل، حيث يتمتع كلا الطورين بناقلية عالية. لكن إدخال ترتيب مغناطيسي مضاد (AFM) يؤدي إلى انخفاض كبير في النقل عند مستوى فارمي. كذلك، تبين أن زيادة سمك الطبقة الفاصلة يؤدي إلى انخفاض التيار بنحو رتبة عشرية، ما يدعم فرضية وجود حالة مغناطيسية محلية أو غير تقليدية في النظام. من جهة أخرى، أشارت حسابات الحالة المغناطيسية اللولبية (Spin-spiral) إلى أن الحالة الأرضية المفضّلة ليست مغناطيسية خطية تقليدية، بل حالة مغناطيسية غير متوازية ذات حوامل مختلفة، وهو ما يُفسر جزئيًا صعوبة تحديد الترتيب المغناطيسي تجريبيًا.في الختام، فإن التداخل بين الترتيب المغناطيسي غير التقليدي وتفاعل السبين–مدار القوي لذرة الأوزميوم، يجعل من مركب LiOsO₃ مرشحًا واعدًا لتطبيقات الإلكترونيات السبينية (spintronics). | |
| dc.identifier.uri | https://repository.univ-msila.dz/handle/123456789/47858 | |
| dc.language.iso | other | |
| dc.publisher | University of M'Sila | |
| dc.title | التحولات البنيوية الكهروحديدية في المعادن | |
| dc.type | Thesis |