First principles investigation of the atomic structure and magnetic properties of copper hydroxide acetate

Within the density functional theory (DFT) framework, we study the structural properties and the spin density distribution of copper hydroxide acetate Cu2(OH)3(CH3COO)·H2O, a fundamental compound in the field of hybrid organic-inorganic materials. In particular, after a careful comparison of the computed structure with the experimentally obtained X-ray pattern, we provide an insight into the effect of two exchange-correlation functionals (BLYP and HCTH/120) on the description of the magnetic properties and on the related changes in the atomic structure. Since these compounds are known to possess a piezomagnetic character, for the total spin value S = 0 and S = 4, we inspect at different pressures, and for each one of the two exchange-correlation functionals, the changes in the geometry and in the spin density distribution. We notice that, at total spin density S = 0, and for both the external pressures of 3 and 5 GPa, most of the local spin densities are due to dyz orbitals with about 25% contribution from dz2 orbitals. Such a feature is insensitive to the exchange-correlation functional adopted. Overall, our results provide an important first step towards the comprehension of the effects of an external stress on the magnetic properties of this class of hybrid materials.

RésuméEn utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), nous étudions les propriétés structurales et magnétiques du matériau hybride Cu2(OH)3(CH3COO)·H2O. En particulier, après une comparaison avec la structure obtenue par diffraction de rayons X, nous avons étudié comment les propriétés magnétiques et structurales changent sous l’effet d’un changement dans la partie échange et corrélation de l’hamiltonien DFT. À cet effet, nous avons utilisé deux fonctionnelles d’échange et de corrélation (BLYP et HCTH/120). Comme ces matériaux hybrides sont bien connus pour avoir un caractère piézomagnétique, en fixant la valeur du spin totale à S = 0 et S = 4, nous avons procédé à l’analyse de la structure, ainsi que de la distribution de la densité de spin lorsqu’une pression est appliquée. Pour des valeurs de pression de 3 et 5 GPa, la distribution locale des spins est due en majeure partie aux orbitales dyz avec 25 % de contribution des orbitales dz2. Ce caractère général ne paraît pas dépendre du choix de la fonctionnelle d’échange-corrélation. Ce travail est un bon point de départ pour l’étude sous haute pression de cette famille de matériaux hybrides.