Numéro
J. Phys. France
Volume 46, Numéro 6, juin 1985
Page(s) 927 - 932
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01985004606092700
J. Phys. France 46, 927-932 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:01985004606092700

Iterative LCAO treatment with overlap and band occupation in the iron-group metals

G. Del Re1, M. Kolár1 et F. Cyrot-Lackmann2

1  Quantum Theory Group, Department of Applied Mathematics and Department of Physics, University of Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada
2  Groupe des Transitions de Phases, C.N.R.S., 166X, 38042 Grenoble Cedex, France


Abstract
A study of the LCAO scheme for the iron-group s- and d-bands is carried out with special emphasis on : (a) the choice of the AO basis and its adjustment to reproduce approaches like the renormalized-atom ansatz; (b) the dependence of the final results on overlap and the number of neighbours taken into account (s-band calculations require at least neighbours from up to the 12th shell, whereas for d-band 2nd neighbours are required at worst); (c) principle of Fermi-level equalization as a technique for determining the occupations and the relative positions of the s- and d-bands in an approximation neglecting s-d coupling. The results, obtained using quantum-chemical expressions for the « atomic » levels and for the hopping integrals, are consistent with the previous calculations, although they differ in many details. The estimated s-band occupation numbers for fcc Ni, Co and Fe are 0.85, 0.92 and 0.88, respectively, and the s-d separations (bottom of the s-band to the centre of the d-band) are 10.33 eV, 10.04 eV and 7.08 eV, respectively.


Résumé
Le modèle de combinaisons linéaires d'orbitales atomiques a été appliqué à l'étude des bandes s et d des métaux du groupe du fer en portant une attention particulière à : (a) le choix de la base d'orbitales atomiques et des ajustements nécessaires pour reproduire les résultats du modèle de l'atome renormalisé; (b) l'influence du recouvrement et du nombre d'interactions entre voisins sur les résultats (les calculs de la bande s nécessitent en principe de tenir compte des douze premières couches atomiques, tandis que pour la bande d, la première et parfois la seconde couche suffisent); (c) l'égalisation des niveaux de Fermi pour déterminer les occupations et les positions relatives des bandes s et d en négligeant l'hybridisation s-d. Les résultats obtenus à partir de paramètres de liaisons fortes (niveaux atomiques, intégrales de saut) estimés par des calculs de chimie quantique sont en bon accord général avec les calculs de structure de bandes. On trouve pour les nombres d'occupations de la bande s pour le Ni, Co et Fe, CFC, respectivement les valeurs de 0,85, 0,92 et 0,88 et pour la distance entre le bas de la bande s et le centre de la bande d, les valeurs respectives de 10,33 eV, 10,04 eV et 7,08 eV.

PACS
7122 - Electronic structure of liquid metals and semiconductors and their alloys.

Key words
band structure of crystalline metals and alloys -- band theory models and calculation methods -- iterative methods -- LCAO calculations -- transition metals