Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Комбинированным методом теорий функционала электронной плотности и динамического среднего поля выполнено детальное исследование влияния кулоновских корреляционных эффектов на спектральные, магнитные и решеточные свойства нового хундовского металла YFe_{2}Ge_{2}. Продемонстрировано, что учет кулоновских корреляций является принципиально важным для корректного описания структурных параметров и поверхности Ферми. Показано, что система YFe_{2}Ge_{2} относится к классу умеренно-коррелированных соединений с орбитальной селективностью корреляционных эффектов, приводящих к формированию короткоживущих локальных моментов в t_{2g} состояниях. Фторид меди Cu_{2}F_{5} представляет собой соединение с двумерными магнитными обменными взаимодействиями между ионами Cu в спиновых состояниях S=1 и S=½. Используя первопринципные расчеты, мы показали, что наличие 5% вакансий в подрешетке фтора в Cu_{2}F_{5} приводит к трансформации спинового состояния ионов меди, с конечными спиновыми конфигурациями S =1/2 и S=0. При этом в кристалле увеличивается анизотропия магнитных взаимодействий и появляются одномерные линейные антиферромагнитно-связанные цепочки ионов Cu в конфигурации d9, S=1/2. Для серии сплавов Ca_{2-x}Sr_{x}RuO_{4} выполнены расчеты температурной зависимости однородной магнитной восприимчивости рамках метода DFT+DMFT. Расчеты показали, что в режиме орбитально селективного поведения при концентрации стронция x=0.5 магнитная восприимчивость подчиняется закону Кюри-Вейса и имеет сильную количественную зависимость от величины параметра Хундовского взаимодействия J_H. Таким образом расчеты показывают, что соединение Ca_{2-x}Sr_{x}RuO_{4} принадлежит к классу Хундовских металлов. Результаты исследования опубликованы в статье A.O. Shorikov et al. “Orbital selective localization enhancement in Ca_{2-x}Sr_{x}RuO_{4}” Письма в ЖЭТФ т.116 вып.11 стр.777 (2022). Начаты расчеты электронных и магнитных свойств соединения Ca_{1-x}SrRuO_{3}. На первом этапе работ в рамках метода DFT выполнена оптимизация кристаллической структуры. Построены гамильтонианы малой размерности для проведения дальнейших расчетов в рамках метода DFT+DMFT. В кобальте с ГЦК-решеткой исследовано влияние кулоновских корреляций на электронные магнитные свойства в рамках метода DFT+DMFT. Установлено, что температурные зависимости однородной и локальной магнитных восприимчивостей подчиняются закону Кюри-Вейса за счет частичного формирования локальных магнитных моментов. Показано, что время жизни этих моментов значительно меньше, что в альфа-железе, которое является классическим примером системы с хорошо сформированными локальными моментами. Это свидетельствует о том, что магнетизм кобальта являются более зонным, чем в альфа-железе. Вычисленные электронные собственно-энергетические части имеют квазичастичный вид и соответствуют перенормировке массы квазичастиц m*/m=1.8, что соответствует умеренно коррелированному металлу. Вычисленная зависимость магнитной восприимчивости от волнового вектора указывает на явное доминирование ферромагнитных корреляций. Вычисленное значение температуры Кюри оказалось на 25% меньше экспериментального значения, что может свидетельствовать о значительных нелокальных корреляционных эффектах. Установлено, что воспроизвести и объяснить транспортные свойства электрида майенита и снять противоречие между экспериментом и теоретическими расчётами относительно типа основных носителей заряда можно с помощью модели, включающей только электридные состояния. Деформация отдельных полостей приводит к снятию вырождения с электридной подсистемы и провоцирует локализацию электронов в этих полостях. В результате зонная структура вблизи уровня Ферми претерпевает качественные изменения, при этом электридные состояния расщепляются на две подсистемы: нижележащие частично заполненную и пустую, разделённые непрямой щелью. Это приводит к смене знака коэффициента Зеебека, который становится положительным, указывая на то, что основными носителями заряда являются дырки. Таким образом, наш результат подтверждает, что электридная подсистема майенита может рассматриваться не как однородный газ свободных электронов, а как частично локализованные электроны, что и определяет наблюдаемые необычные транспортные свойства этого материала.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
За 2023 г. в рамках работ по тематике проекта были получены следующие результаты: 1) Исследована роль многочастичных эффектов в формировании электронной структуры соединения Cu_{2}F_{5}, содержащего две магнитные подрешетки с двумя типами атомов меди разной валентности. Учет сильный кулоновских корреляций выполнялся в подходе DFT+DMFT. Расчеты выполнялись в двух режимах: в парамагнитном и в режиме со спиновой поляризацией. В результате, во всем диапазоне параметров взаимодействия, было получено, что в парамагнитной фазе соединение Cu_{2}F_{5} является металлом, при этом электронная конфигурация примесных уровней с одной и двумя дырками на разных типах меди сохраняется. Учёт спиновой поляризации в отсутствие дальнего магнитного порядка приводит к неустойчивости решения. Полученные результаты указывают на то, что для корректного воспроизведения электронной структуры соединения Cu_{2}F_{5} необходим учёт как локального взаимодействия между электронами на узлах меди, так и учёт обменного межузельного взаимодйствия. 2) Исследовано влияние корреляционных эффектов на орбитально-селективное поведение в Ca_{1-x}SrRuO_{3}. В рамках метода DFT+DMFT были рассчитаны однородная магнитная восприимчивость и спиновые корреляционные функции в серии соединений Ca_{1-x}SrRuO_{3}. Ширина локальной спиновой корреляционной функций <S(tau)S(0)>, построенная для t_2g и e_g орбиталей d-оболочки рутения на реальных частотах, которая характеризует время жизни электронов на данных состояниях, показывает, что оно отличается более чем в 3 раза, что говорит об орбитально-селективном поведении. Рассчитанные значения однородной восприимчивости следуют закону Кюри-Вейса, при этом для x=0 (CaRuO_{3}) в согласии с экспериментом было получено отрицательное значение параметра \Theta, что говорит о наличии АФМ флуктуаций, для x=0.5 (CaSrR2uO_{6}) и x=1 (SrRuO_{3}) данный параметр положительный, что хорошо согласуется с наблюдаемым дальним ФМ порядком и падением T_c с ростом концентрации Ca, наблюдаемым в эксперименте. 3) Изучено влияние корреляционных на изменение спектральных и магнитных свойств соединения CrB_{2} под давлением. Показано, что при сжатии элементарной ячейки CrB_{2} происходит ослабление перенормировки эффективной массы квазичастиц, сопровождаемое ослаблением амплитуды спиновых флуктуаций и уменьшением локализации спиновых моментов. Высказано предположение о второстепенной роли спин-флуктуационного механизма образования куперовских пар в формировании сверхпроводимости CrB_{2} под давлением. 4) Разработана методика вычисления обменных интегралов магнитных систем из первых принципов с помощью нелокальных расширений метода DMFT. Разработанный метод протестирован на сильно коррелированных зонных магнетиках - альфа-, гамма-железе и никеле, и позволил с хорошей точностью описать экспериментально наблюдаемые дисперсии магнонов вблизи температуры Кюри. Кроме того вычислены импульсные зависимости неоднородных восприимчивостей. Результаты, полученные для обменных взаимодействий, сопоставлены с ранее полученными в методе DMFT с использованием сверхъячеек, а также с результатами DFT расчетов. Хотя качественно результаты различных различных методов проявляют определенное сходство, найдено, что метод DFT несколько переоценивает обменные взаимодействия, а также не позволяет определить температурные зависимости обменных взаимодействий. С другой стороны, полученные методом DFT+DMFT результаты также улучшают и уточняют ранее полученные результаты в методе сверхъячеек. 5) Произведены расчеты электронной структуры и магнитных свойств редкого сверхпроводника на основе кобальта CuCo_{2}S_{4}. Установлено, что несмотря на слабые корреляционные эффекты в CuCo_{2}S_{4} (усиление квазичастичной массы ~1.2), учет локального кулоновского взаимодействия является важным для описания спектральных свойств, в частности формы поверхности Ферми. Показано, что CuCo_{2}S_{4} является системой со слабой локализацией спиновых моментов. 6) Исследовано влияние корреляционных эффектов на спектральные и магнитные свойства оцк фазы ванадия в парамагнитном состоянии. Показано, то учет корреляционных эффектов является важным для описания фотоэмиссионных спектров, а также перехода от магнитной восприимчивости, подчиняющейся закону Паули в низкотемпературной области, к восприимчивости, удовлетворяющей закону Кюри в области больших температур. Установлено, что данное поведение магнитных свойств является следствием частичного формирования локальных моментов в состояниях с симметрией t_{2g}. 7) Методом DFT+DMFT исследованы электронная структура и магнитные свойства гцк фазы кобальта в парамагнитном состоянии. Показано, что кулоновские корреляции в 3d оболочке кобальта приводят к частичной локализации магнитных моментов, время жизни которых существенно меньше такового в оцк железе, а электронная структура кобальта соответствует умеренно-коррелированному металлу. Сделаны выводы о сильных ферромагнитных корреляциях в парамагнитном состоянии гцк фазы кобальта. 8) Были исследованы формальная валентность ионов, распределения заряда и тип химической связи в соединении с высокой степенью окисления KMnO4. Основываясь на результатах первопринципного расчета, мы построили функции Ванье, описывающие d-состояния ионов Mn в KMnO4, а также провели анализ их заселенностей и вычислили вклад от атомных орбиталей всех ионов кристалла в построенные волновые функции. Получено, что функции Ванье, соответствующие состояниям, лежащим выше уровня Ферми, только примерно наполовину состоят из атомных d-орбиталей Mn, а вторая половина волновых функций расположена на соседних ионах кислорода и сформирована p-состояниями соответствующего иона. Вычисленное общее количество d-электронов Mn составляет 5.25. Полученные результаты говорят в пользу того, что в соединении KMnO4, несмотря на формальную степень окисления Mn+7, реальное электронная конфигурация ионов Mn ближе к состоянию Mn+2. 9) Методом теории функционала электронной плотности исследован электронный транспорт на межузельных состояниях в электриде майените. Предыдущие теоретические расчеты коэффициента Зеебека для электрида майенита [Ca12Al14O32]2+(2e−) указывают на то, что основным типом носителей заряда в этом материале являются электроны, в то время как экспериментальные измерения показывают, что носители заряда - дырки. Для выяснения причин такого несоответствия, были проведены исследования взаимосвязь между экспериментально наблюдаемой деформации каркасов Ca–Al–O, в которых располагаются избыточные электроны в электридной фазе майенита и его электронными транспортными свойствами. В результате было обнаружено, что деформация отдельных каркасов снимает вырождение с электридной подсистемы и провоцирует локализацию электронов в этих междоузлиях (каркасах). Это приводит к качественным изменениям электронной зонной структуры вблизи уровня Ферми, сопровождающимся расщеплением электридных состояний на две подзоны, разделенные непрямой энергетической щелью. В результате знак коэффициента Зеебека меняется с отрицательного на положительный, что говорит о том, что основным типом носителей заряда в соответствии с экспериментальными наблюдениями являются дырки. Этот результат подтверждает, что электридную подсистему майенита нельзя рассматривать как однородный газ свободных электронов, а следует рассматривать как частично локализованные электроны, которые могут перемещаться по кристаллу вместе с локальными деформациями.