Abstract We investigate the electronic and magnetic properties of SrRu 1 - x Sn x O 3 by carrying out density-functional-theory calculations to show that a half-metallic ferromagnetic ground state emerges for the Sn doping of x ≳ 0.5 . To examine the effect of on-site Coulomb interactions for the Ru d orbitals, which was suggested to enhance the half-metallicity in SrRuO3, we employed both the local spin-density approximation (LSDA) as well as the LSDA + U method. For all the possible configurations of Sn doping for x = 1 / 8 , 1 / 4 , 1 / 2 , 5 / 8 , 3 / 4 , and 7 / 8 within the 2 × 2 × 2 unit cell, we monitor the Ru t 2 g bandwidth as well as the valence band maximum in the majority-spin channel and demonstrate that the Ru d electron hopping is blocked by the Sn-substituted sites so that the Ru t 2 g bandwidth becomes reduced as the doping x increases. For x 0.5 , the valence band maximum still touches the Fermi level so that SrRu 1 - x Sn x O 3 remains as a usual ferromagnetic metal. A further reduction of the Ru t 2 g bandwidth for the range of 0.5 ≲ x ≲ 0.7 turns it into a half-metallic ferromagnet. As for x > 0.7 , the Ru t 2 g bandwidth gets so narrow that even a small on-site Coulomb interaction, e.g., U eff = 1.0 eV induces a band-gap, which indeed corresponds to a gap of the Ru impurity bands in the SrSnO3 oxide semiconductor.

中文翻译：

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Sn掺杂SrRuO 3 钙钛矿氧化物中的半金属铁磁性和金属-绝缘体转变

摘要 我们通过进行密度泛函理论计算来研究 SrRu 1 - x Sn x O 3 的电子和磁特性，以表明 x ≳ 0.5 的 Sn 掺杂会出现半金属铁磁基态。为了检查现场库仑相互作用对 Ru d 轨道的影响，建议增强 SrRuO3 中的半金属性，我们采用了局部自旋密度近似 (LSDA) 以及 LSDA + U 方法。对于 2 × 2 × 2 晶胞内 x = 1 / 8 、1 / 4 、1 / 2 、5 / 8 、3 / 4 和 7 / 8 的所有可能的 Sn 掺杂配置，我们监测了大部分自旋通道中的 Ru t 2 g 带宽以及价带最大值，并证明了 Ru d 电子跳跃被 Sn 取代位点阻挡，因此 Ru t 2 g 带宽随着掺杂的增加而减少x 增加。对于 x 0.5 ，价带最大值仍然接触费米能级，因此 SrRu 1 - x Sn x O 3 仍然是通常的铁磁金属。在 0.5 ≲ x ≲ 0.7 范围内进一步降低 Ru t 2 g 带宽，使其变成半金属铁磁体。对于 x > 0.7 ，Ru t 2 g 带宽变得如此狭窄，以至于即使是很小的现场库仑相互作用，例如 U eff = 1.0 eV 也会引起带隙，这确实对应于SrSnO3 氧化物半导体。价带最大值仍然触及费米能级，因此 SrRu 1 - x Sn x O 3 仍然是通常的铁磁金属。在 0.5 ≲ x ≲ 0.7 范围内进一步降低 Ru t 2 g 带宽，使其变成半金属铁磁体。对于 x > 0.7 ，Ru t 2 g 带宽变得如此狭窄，以至于即使是很小的现场库仑相互作用，例如 U eff = 1.0 eV 也会引起带隙，这确实对应于SrSnO3 氧化物半导体。价带最大值仍然触及费米能级，因此 SrRu 1 - x Sn x O 3 仍然是通常的铁磁金属。在 0.5 ≲ x ≲ 0.7 范围内进一步降低 Ru t 2 g 带宽，使其变成半金属铁磁体。对于 x > 0.7 ，Ru t 2 g 带宽变得如此狭窄，以至于即使是很小的现场库仑相互作用，例如 U eff = 1.0 eV 也会引起带隙，这确实对应于SrSnO3 氧化物半导体。