Electronic and magnetic structure of LaMnO3 from hybrid periodic density-functional theory

The electronic and magnetic structures of the LaMnO3 compound have been studied by means of periodic calculations within the framework of spin polarized hybrid density-functional theory. In order to quantify the role of approximations to electronic exchange and correlation three different hybrid functionals have been used which mix nonlocal Fock and local Dirac-Slater exchange. Periodic Hartree-Fock results are also reported for comparative purposes. The A-antiferromagnetic ground state is properly predicted by all methods including Hartree-Fock exchange. In general, the different hybrid methods provide a rather accurate description of the band gap and of the two magnetic coupling constants, strongly suggesting that the corresponding description of the electronic structure is also accurate. An important conclusion emerging from this study is that the nature of the occupied states near the Fermi level is intermediate between the Hartree-Fock and local density approximation descriptions with a comparable participation of both Mn and O states.

Space Competition and Time Delays in Human Range Expansions. Application to the Neolithic Transition

Space competition effects are well-known in many microbiological and ecological systems. Here we analyze such an effectin human populations. The Neolithic transition (change from foraging to farming) was mainly the outcome of a demographic process that spread gradually throughout Europe from the Near East. In Northern Europe, archaeological data show a slowdown on the Neolithic rate of spread that can be related to a high indigenous (Mesolithic) population density hindering the advance as a result of the space competition between the two populations. We measure this slowdown from a database of 902 Early Neolithic sites and develop a time-delayed reaction-diffusion model with space competition between Neolithic and Mesolithic populations, to predict the observed speeds. The comparison of the predicted speed with the observations and with a previous non-delayed model show that both effects, the time delay effect due to the generation lag and the space competition between populations, are crucial in order to understand the observations

Epithelial-to-mesenchymal transition mediates docetaxel resistance and high risk of relapse in prostate cancer

Molecular characterization of radical prostatectomy specimens after systemic therapy may identify a gene expression profile for resistance to therapy. This study assessed tumor cells from patients with prostate cancer participating in a phase II neoadjuvant docetaxel and androgen deprivation trial to identify mediators of resistance. Transcriptional level of 93 genes from a docetaxel-resistant prostate cancer cell lines microarray study was analyzed by TaqMan low-density arrays in tumors from patients with high-risk localized prostate cancer (36 surgically treated, 28 with neoadjuvant docetaxel þ androgen deprivation). Gene expression was compared between groups and correlated with clinical outcome. VIM, AR and RELA were validated by immunohistochemistry. CD44 and ZEB1 expression was tested by immunofluorescence in cells and tumor samples. Parental and docetaxel-resistant castration-resistant prostate cancer cell lines were tested for epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) markers before and after docetaxel exposure. Reversion of EMT phenotype was investigated as a docetaxel resistance reversion strategy. Expression of 63 (67.7%) genes differed between groups (P < 0.05), including genes related to androgen receptor, NF-k B transcription factor, and EMT. Increased expression of EMT markers correlated with radiologic relapse. Docetaxel-resistant cells had increased EMT and stem-like cell markers expression. ZEB1 siRNA transfection reverted docetaxel resistance and reduced CD44 expression in DU-145R and PC-3R. Before docetaxel exposure, a selected CD44 þ subpopulation of PC-3 cells exhibited EMT phenotype and intrinsic docetaxel resistance; ZEB1/CD44 þ subpopulations were found in tumor cell lines and primary tumors; this correlated with aggressive clinical behavior. This study identifies genes potentially related to chemotherapy resistance and supports evi-dence of the EMT role in docetaxel resistance and adverse clinical behavior in early prostate cancer.

The role of intramolecular barriers on the glass transition of polymers: computer simulations versus mode coupling theory

We present computer simulations of a simple bead-spring model for polymer melts with intramolecular barriers. By systematically tuning the strength of the barriers, we investigate their role on the glass transition. Dynamic observables are analyzed within the framework of the mode coupling theory (MCT). Critical nonergodicity parameters, critical temperatures, and dynamic exponents are obtained from consistent fits of simulation data to MCT asymptotic laws. The so-obtained MCT λ-exponent increases from standard values for fully flexible chains to values close to the upper limit for stiff chains. In analogy with systems exhibiting higher-order MCT transitions, we suggest that the observed large λ-values arise form the interplay between two distinct mechanisms for dynamic arrest: general packing effects and polymer-specific intramolecular barriers. We compare simulation results with numerical solutions of the MCT equations for polymer systems, within the polymer reference interaction site model (PRISM) for static correlations. We verify that the approximations introduced by the PRISM are fulfilled by simulations, with the same quality for all the range of investigated barrier strength. The numerical solutions reproduce the qualitative trends of simulations for the dependence of the nonergodicity parameters and critical temperatures on the barrier strength. In particular, the increase in the barrier strength at fixed density increases the localization length and the critical temperature. However the qualitative agreement between theory and simulation breaks in the limit of stiff chains. We discuss the possible origin of this feature.

Adsorption energy and spin state of first-row transition metals adsorbed on MgO(100)

Slab and cluster model spin-polarized calculations have been carried out to study various properties of isolated first-row transition metal atoms adsorbed on the anionic sites of the regular MgO(100) surface. The calculated adsorption energies follow the trend of the metal cohesive energies, indicating that the changes in the metal-support and metal-metal interactions along the series are dominated by atomic properties. In all cases, except for Ni at the generalized gradient approximation level, the number of unpaired electron is maintained as in the isolated metal atom. The energy required to change the atomic state from high to low spin has been computed using the PW91 and B3LYP density-functional-theory-based methods. PW91 fails to predict the proper ground state of V and Ni, but the results for the isolated and adsorbed atom are consistent within the method. B3LYP properly predicts the ground state of all first-row transition atom the high- to low-spin transition considered is comparable to experiment. In all cases, the interaction with the surface results in a reduced high- to low-spin transition energy.

Epithelial-to-mesenchymal transition mediates docetaxel resistance and high risk of relapse in prostate cancer

Molecular characterization of radical prostatectomy specimens after systemic therapy may identify a gene expression profile for resistance to therapy. This study assessed tumor cells from patients with prostate cancer participating in a phase II neoadjuvant docetaxel and androgen deprivation trial to identify mediators of resistance. Transcriptional level of 93 genes from a docetaxel-resistant prostate cancer cell lines microarray study was analyzed by TaqMan low-density arrays in tumors from patients with high-risk localized prostate cancer (36 surgically treated, 28 with neoadjuvant docetaxel þ androgen deprivation). Gene expression was compared between groups and correlated with clinical outcome. VIM, AR and RELA were validated by immunohistochemistry. CD44 and ZEB1 expression was tested by immunofluorescence in cells and tumor samples. Parental and docetaxel-resistant castration-resistant prostate cancer cell lines were tested for epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) markers before and after docetaxel exposure. Reversion of EMT phenotype was investigated as a docetaxel resistance reversion strategy. Expression of 63 (67.7%) genes differed between groups (P < 0.05), including genes related to androgen receptor, NF-k B transcription factor, and EMT. Increased expression of EMT markers correlated with radiologic relapse. Docetaxel-resistant cells had increased EMT and stem-like cell markers expression. ZEB1 siRNA transfection reverted docetaxel resistance and reduced CD44 expression in DU-145R and PC-3R. Before docetaxel exposure, a selected CD44 þ subpopulation of PC-3 cells exhibited EMT phenotype and intrinsic docetaxel resistance; ZEB1/CD44 þ subpopulations were found in tumor cell lines and primary tumors; this correlated with aggressive clinical behavior. This study identifies genes potentially related to chemotherapy resistance and supports evi-dence of the EMT role in docetaxel resistance and adverse clinical behavior in early prostate cancer.

Theoretical investigations of the bulk modulus in the tetra-cubic transition of PbTiO3 material

Resulting from ion displacement in a solid under pressure, piezoelectricity is an electrical polarization that can be observed in perovskite-type electronic ceramics, such as PbTiO3, which present cubic and tetragonal symmetries at different pressures. The transition between these crystalline phases is determined theoretically through the bulk modulus from the relationship between material energy and volume. However, the change in the material molecular structure is responsible for the piezoelectric effect. In this study, density functional theory calculations using the Becke 3-Parameter-Lee-Yang-Parr hybrid functional were employed to investigate the structure and properties associated with the transition state of the tetragonal-cubic phase change in PbTiO3 material.

Atomic level phenomena on transition metal surfaces

In this study we discuss the atomic level phenomena on transition metal surfaces. Transition metals are widely used as catalysts in industry. Therefore, reactions occuring on transition metal surfaces have large industrial intrest. This study addresses problems in very small size and time scales, which is an important part in the overall understanding of these phenomena. The publications of this study can be roughly divided into two categories: The adsorption of an O2 molecule to a surface, and surface structures of preadsorbed atoms. These two categories complement each other, because in the realistic case there are always some preadsorbed atoms at the catalytically active surfaces. However, all transition metals have an active d-band, and this study is also a study of the in uence of the active d-band on other atoms. At the rst part of this study we discuss the adsorption and dissociation of an O2 molecule on a clean stepped palladium surface and a smooth palladium surface precovered with sulphur and oxygen atoms. We show how the reactivity of the surface against the oxygen molecule varies due to the geometry of the surface and preadsorbed atoms. We also show how the molecular orbitals of the oxygen molecule evolve when it approaches the di erent sites on the surface. In the second part we discuss the surface structures of transition metal surfaces. We study the structures that are intresting on account of the Rashba e ect and charge density waves. We also study the adsorption of suphur on a gold surface, and surface structures of it. In this study we use ab-initio based density functional theory methods to simulate the results. We also compare the results of our methods to the results obtained with the Low-Energy-Electron-Difraction method.

Risk factors for decreased bone density in premenopausal women

Osteoporosis is a major health problem. Little is known about the risk factors in premenopause. Sixty 40-50-year old patients with regular menses were studied cross-sectionally. None of the patients were on drugs known to interfere with bone mass. Patients answered a dietary inquiry and had their bone mineral density (BMD) measured. The Z scores were used for the comparisons. A blood sample was taken for the determination of FSH, SHBG, estradiol, testosterone, calcium and alkaline phosphatase. Calcium and creatinine were measured in 24-h urine. A Z score less than -1 was observed for the lumbar spine of 14 patients (23.3%), and for the femur of 24 patients (40%). Patients with a Z score less than -1 for the lumbar spine were older than patients with a Z score ³-1 (45.7 vs 43.8 years) and presented higher values of alkaline phosphatase (71.1 ± 18.2 vs 57.1 ± 14.3 IU/l). Multiple regression analysis showed that a lower lumbar spine BMD was associated with higher values of alkaline phosphatase, lower calcium ingestion, a smaller body mass index (BMI), less frequent exercising, and older age. The patients with a Z score less than -1 for the femur were shorter than patients with a Z score ³-1 (158.2 vs 161.3 cm). Multiple regression analysis showed that a lower femoral BMD was associated with lower BMI, higher alkaline phosphatase and caffeine intake, and less frequent exercising. A lower than expected BMD was observed in a significant proportion of premenopausal women and was associated with lower calcium intake, relatively lower physical activity and lower BMI. We conclude that the classical risk factors for osteoporosis may be present before ovarian failure, and their effect may be partly independent of estrogen levels.

Design of Resistivity Instrumentation for a He3 Cryostat and its Application to the Charge Density Wave Superconductor CuxTiSe2

Fermi patches in quasi-two dimensional charge density waves (CDW) have not described the connection to superconductivity (SC) according to theory adequately at this point in time. The connection between CDW and SC in the quasi-two dimensional material CuxTiSe2 is an interesting one which might reveal mechanisms in unconventional superconductors. A previous Brock graduate student grew crystals of CuxTiSe2. The precise doping of the samples was not known. In order to determine the doping parameter x in CuxTiSe2, a sensitive resistivity measurement system was necessary. A new resistivity measurement system was designed and implemented utilizing an Infrared Labs HDL-10 He3 cryostat. By comparing with data from the literature, doping of two samples was investigated using the new measurement system and a Quantum Design Magnetic Property Measurement System (MPMS). Methods for determining the doping revealed that the old resistivity system would not be able to determine the CDW transition temperature of highly doped samples or doping for elongated samples due to electronic noise. Doping in one sample was found to be between x=0.06 and x=0.065. Values of doping in the second sample had a discrepancy but could be explained by incorrect sample orientation.

Études spectroscopiques expérimentales et théoriques de complexes de métaux de transition

Cette thèse présente une série d'études qui visent la compréhension de la structure électronique de complexes de métaux de transition en employant diverses méthodes de spectroscopie. L'information sur la structure électronique aide à comprendre et développer des nouveaux matériaux, des nouvelles voies de synthèses, ainsi que des nouveaux modèles théoriques. Habituellement, afin d'explorer la structure électronique d'un système qui comporte en son centre un métal de transition, l'information fournie par les spectres d'un seul composé n'est pas suffisante. On étudie une série de composés similaires, qui ont le même métal de transition à un degré d'oxydation donné, ainsi que des ligands qui forment des liaisons de différentes forces et caractéristiques avec le métal. Cependant, ces changements, bien qu'on les désire de faible impact, créent une grande perturbation de la structure électronique visée par les études. Afin d'étudier en profondeur une seule structure électronique, nous employons une stratégie d'analyse moins perturbante. Nous appliquons une pression hydrostatique sur les complexes de métaux de transition. Cette pression perturbe le système suffisamment pour nous livrer davantage d'informations sur la structure électronique, sans la « dénaturer ». Afin d'étudier précisément ces systèmes perturbés, la technique d'application de pression est conjuguée, dans la littérature, aux diverses techniques de spectroscopie d'absorption UV-visible, de luminescence, ainsi que de diffusion Raman. Pour extraire un maximum d'informations de ces expériences, on emploie des techniques de calculs de structure électronique ainsi que de dynamique des noyaux. Dans cette thèse, on tente de mettre en lumière la structure électronique de composés de molybdène(IV), de platine(II) et palladium(II) à l'aide de la technique de pression couplée aux spectroscopies de luminescence et de diffusion Raman. Dans le chapitre 3, on observe un déplacement de la bande de luminescence de +12 cm-1/kbar entre la pression ambiante et 25 kbar pour le complexe trans-[MoOCl(CN-t-Bu)4]BPh4, dont le centre métallique molybdène(IV)est de configuration électronique 4d2. Il s'agit de la première variation positive observée pour un complexe de type métal-oxo. À des pressions plus élevées, la tendance s'inverse. Le maximum d'énergie de la bande de luminescence se déplace de -8 cm-1/kbar. Ce changement de variation présage d'une compétition interne entre les ligands situés sur les différents axes de l'octaèdre. À l'aide de calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, on propose un mécanisme pour expliquer ce phénomène. Au cours du chapitre 4, on étudie des complexes de palladium(II) et de platine(II) qui ont les mêmes ligands. Un de ces ligands est le 1,4,7-trithiacyclononane (ttcn). On constate qu'à basse pression le ligand est bidentate. Par contre, lorsque la pression augmente, on constate, par exemple à l'aide du complexe [Pt(ttcn)Cl2], qu'une interaction anti-liante supplémentaire se produit entre le ligand ttcn et le métal, ce qui change la nature de l'orbitale HOMO. On observe un déplacement de la bande de luminescence de -19 cm-1/kbar. Tel que pour le complexe de molybdène(IV), le déplacement de la bande de luminescence dépend de la compétition entre les ligands situés sur les différents axes de l'octaèdre. L'interaction liante entre l'ion platine(II) et l'atome de soufre axial est l'effet le plus plausible qui peut induire un déplacement de la bande de luminescence vers les basses énergies. Ceci nous indique que cette interaction domine. Par contre, pour ce qui est du complexe palladium(II), la compétition est remportée par d'autres effets, car le déplacement de la bande de luminescence est de +6 cm-1/kbar. Encore une fois, des calculs, basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, aident à explorer les causes de ces observations en suggérant des explications corroborées simultanément par les diverses expériences de spectroscopie. Lors du chapitre 5, une étude plus exacte de la structure électronique ainsi que de la dynamique des noyaux de complexes de métaux de transition est présentée. En effet, les complexes de palladium(II) et de platine(II), de type [M(X)4]2-, ont une structure simple, très symétrique. Le premier état excité de ces molécules subit la distorsion Jahn-Teller. On veut établir un protocole de travail pour les expérimentateurs afin d'analyser des spectres de molécules pour lesquelles l'approximation de Born-Oppenheimer n'est pas valide. On utilise la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps ainsi que le modèle de Heidelberg afin de décrire des effets non adiabatique. On tente d'établir l'influence des effets non adiabatiques sur les spectres de ce type de complexe.

Transition nutritionnelle et double fardeau de la malnutrition chez des adultes de Ouagadougou au Burkina Faso (Afrique de l’Ouest)

Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet « Pôle francophone africain sur le Double Fardeau Nutritionnel » (DFN) du laboratoire TRANSNUT, centre collaborateur OMS sur la transition nutritionnelle du Département de Nutrition de l’Université de Montréal, en collaboration avec ses partenaires au Burkina Faso, à savoir l’Institut de Recherche en Sciences de la Santé (IRSS) et l’Institut Supérieur des Sciences de la Population (ISSP). Elle est l’une des premières à s’intéresser au double fardeau de la malnutrition en Afrique francophone. Cette étude avait pour objectif de démontrer l’existence du double fardeau de la malnutrition parmi les adultes de Ouagadougou au Burkina Faso, d’en donner l’ampleur et d’identifier ses liens avec les facteurs du mode de vie. Plus spécifiquement, elle visait à décrire les carences nutritionnelles, les facteurs de risque cardiométabolique (FRCM), et la typologie du double fardeau de la malnutrition; examiner les caractéristiques du mode de vie des adultes et leurs liens avec le double fardeau de la malnutrition selon les conditions économique, et enfin d’examiner l’association entre inflammation subclinique, les carences nutritionnelles et les FRCM selon les facteurs du mode de vie. Ces objectifs faisaient suite à nos principales hypothèses qui stipulaient que : parmi les adultes de Ouagadougou, le phénotype de double fardeau de la malnutrition le plus fréquemment observé est l’association de surpoids/obésité avec une ou plusieurs carences nutritionnelles, surtout chez les femmes, puis qu’une alimentation de piètre qualité, en lien avec de mauvaises conditions socioéconomiques et de vie est associée tant aux FRCM qu’aux carences nutritionnelles, contribuant ainsi au double fardeau de malnutrition, et enfin qu’un état d’inflammation subclinique joue un rôle de médiateur entre le mode de vie et aussi bien les carences nutritionnelles que les FRCM. Afin de répondre à ces objectifs, une étude transversale descriptive et analytique a été conduite auprès d’un échantillon aléatoire de 330 adultes âgés de 25 à 60 ans recrutés au sein de l’Observatoire de Population de Ouagadougou, situé à la partie nord de la ville. Cet échantillon a été subdivisé en terciles du score de possessions matérielles, proxy du statut socioéconomique, avec 110 personnes respectivement dans chaque strate de niveau socioéconomique bas, moyen et élevé. Chaque participant a fourni des données sociodémographiques, anthropométriques, cliniques et comportementales; il a aussi fourni un échantillon de sang. Les principales variables de l’étude étaient les suivantes : l’âge, les conditions socioéconomiques (insécurité alimentaire, éducation et proxy du revenu), le mode de vie (les apports alimentaires et la qualité de l’alimentation, l’activité physique, la consommation d’alcool et de tabac, la perception de l’image corporelle, le stress psychosocial); l’inflammation subclinique; les FRCM [surpoids/obésité, tension artérielle élevée (TAE) ou hypertension artérielle (HTA), hyperglycémie, dyslipidémie et insulino-résistance]; les carences nutritionnelles (maigreur, anémie, carence en fer et en vitamine A). Des phénotypes de double fardeau de la malnutrition ont été identifiés en combinant FRCM et carences nutritionnelles. Les résultats ont montré une prévalence élevée de surpoids/obésité, d’obésité abdominale, d’hypertension artérielle, d’hyperglycémie, de résistance à l’insuline et du taux de lipoprotéine de haute densité (HDL-C) bas, respectivement de 24,2 %, 12,5 %, 21,9 %, 22,3 %, 25,1 % et 30,0 %. En utilisant les seuils plus sensibles de la Fédération Internationale du Diabète (FID), l’obésité abdominale, la tension artérielle élevée (TAE), l’hyperglycémie était respectivement de 23,5 %; 36,1 % et 34,5 %. Des carences nutritionnelles étaient également présentes, l’anémie, la carence en fer et en vitamine A, ainsi que la maigreur atteignant respectivement 25,5 %, 15,4 %, 12,7 % et 9,7 % de la population étudiée. Les femmes étaient significativement plus touchées que les hommes autant par les FRCM que par les carences nutritionnelles. Le double fardeau de la malnutrition touchait 23,5 % des personnes et même 25,8 % avec les seuils de la FID pour l’obésité abdominale, la TAE, et l’hyperglycémie. Les deux principaux phénotypes observés étaient : l’association de « surpoids/obésité avec au moins une carence en micronutriment », touchant 7,8 % (11,8 % ♀ vs. 3,4 % ♂) des personnes et l’association d’au moins un FRCM autre que le surpoids/obésité avec au moins une carence en micronutriment, qui touchait 9.0 % (12,4 % ♀ vs. 5,4 % ♂) des personnes. La prévalence de ces phénotypes était plus élevée en utilisant les seuils de la FID plutôt que les seuils de l’OMS. Près de 72,9 % des personnes ou 81,2 % (seuils de la FID) avaient au moins un FRCM. Nous avons identifié à partir de l’analyse typologique, deux schémas alimentaires; « urbain » et « traditionnel », dans cette étude. Les carences nutritionnelles étaient davantage associées au schéma alimentaire « traditionnel », alors que les FRCM se retrouvaient dans les deux schémas alimentaires. Le schéma « urbain » regroupait significativement plus d’hommes et de personnes de niveau socioéconomique élevé, alors que les personnes de niveau socioéconomique bas et les femmes étaient proportionnellement plus nombreuses dans le schéma « traditionnel ». Le temps dévolu aux activités sédentaires était significativement plus important que celui consacré aux activités d’intensité modérée à vigoureuse. L’activité physique était inversement associée à l’indice de masse corporelle (IMC), au tour de taille (TT), à la masse grasse corporelle, à la tension artérielle systolique (TAS) et diastolique (TAD), à la triglycéridémie et au taux de lipoprotéine de faible densité (LDL-C). L’IMC et le TT augmentaient en outre avec le temps de sédentarité. Ainsi, le double fardeau de malnutrition était associé au statut socioéconomique bas, au sexe féminin et à la sédentarité. Nous avons aussi trouvé que 39,4 % des personnes avaient une inflammation subclinique qui était associée de façon indépendante et positive à la ferritinémie, à l’IMC, au TT et à la masse grasse corporelle, et négativement au HDL-C. L’exploration du stress psychosocial et de l’image corporelle a révélé une association entre le stress psychosocial, l’HTA et une perception positive de l’embonpoint. Les personnes ayant peut-être accusé un retard de croissance à l’enfance (d’après l’indice de Cormic) étaient significativement plus touchées par le surpoids/obésité, l’obésité abdominale et la résistance à l’insuline. Ces résultats nous ont permis d’atteindre nos objectifs, mais aussi de vérifier nos hypothèses de recherche. Comme on peut le constater, les FRCM sont une réalité à Ouagadougou, qui se compliquent par leur coexistence avec des carences en micronutriments dont la prévalence est tout aussi importante. Une transition nutritionnelle est en cours dans cette ville et contribue au bouleversement des comportements alimentaires et du style de vie favorisant l’émergence de ce double fardeau, dans un contexte où le passé nutritionnel de la population offre des conditions idéales pour un niveau de risque particulièrement élevé pour ces FRCM. Cependant, l’évolution de cette prévalence pourrait être inversée ou tout au moins ralentie si des actions étaient entreprises dès maintenant.

Freezing of 4He and its liquid-solid interface from density functional theory

We show that, at high densities, fully variational solutions of solidlike types can be obtained from a density functional formalism originally designed for liquid 4He . Motivated by this finding, we propose an extension of the method that accurately describes the solid phase and the freezing transition of liquid 4He at zero temperature. The density profile of the interface between liquid and the (0001) surface of the 4He crystal is also investigated, and its surface energy evaluated. The interfacial tension is found to be in semiquantitative agreement with experiments and with other microscopic calculations. This opens the possibility to use unbiased density functional (DF) methods to study highly nonhomogeneous systems, like 4He interacting with strongly attractive impurities and/or substrates, or the nucleation of the solid phase in the metastable liquid.

Adsorption energy and spin state of first-row transition metals adsorbed on MgO(100)

Slab and cluster model spin-polarized calculations have been carried out to study various properties of isolated first-row transition metal atoms adsorbed on the anionic sites of the regular MgO(100) surface. The calculated adsorption energies follow the trend of the metal cohesive energies, indicating that the changes in the metal-support and metal-metal interactions along the series are dominated by atomic properties. In all cases, except for Ni at the generalized gradient approximation level, the number of unpaired electron is maintained as in the isolated metal atom. The energy required to change the atomic state from high to low spin has been computed using the PW91 and B3LYP density-functional-theory-based methods. PW91 fails to predict the proper ground state of V and Ni, but the results for the isolated and adsorbed atom are consistent within the method. B3LYP properly predicts the ground state of all first-row transition atom the high- to low-spin transition considered is comparable to experiment. In all cases, the interaction with the surface results in a reduced high- to low-spin transition energy.

Electronic and magnetic structure of LaMnO3 from hybrid periodic density-functional theory

The electronic and magnetic structures of the LaMnO3 compound have been studied by means of periodic calculations within the framework of spin polarized hybrid density-functional theory. In order to quantify the role of approximations to electronic exchange and correlation three different hybrid functionals have been used which mix nonlocal Fock and local Dirac-Slater exchange. Periodic Hartree-Fock results are also reported for comparative purposes. The A-antiferromagnetic ground state is properly predicted by all methods including Hartree-Fock exchange. In general, the different hybrid methods provide a rather accurate description of the band gap and of the two magnetic coupling constants, strongly suggesting that the corresponding description of the electronic structure is also accurate. An important conclusion emerging from this study is that the nature of the occupied states near the Fermi level is intermediate between the Hartree-Fock and local density approximation descriptions with a comparable participation of both Mn and O states.