BaHf0.5Ti0.5O3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA）,利用第一性原理方法研究了BaHf0.5Ti0.5O3的电子结构和光学性质．计算结果表明,BaHf0.5Ti0.5O3是一种间隙的半导体材料,其导带底主要由Ba、Hf和Ti的d态电子构成,价带顶则主要由O的p态、Hf 和Ti的d态电子构成;理论计算的介电函数最高峰的峰位与实验结果吻合较好,相对误差小于4%;吸收系数最大峰值为2.43×105cm-1,且吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.01,能量损失峰出现在13.24eV处．研究结果为BaHf0.5Ti0.5O3光电材料设计与应用提供了理论依据．     

Ca0.5Sr0.5TiO3弹性和热学性质的第一性原理研究

利用能量最小原理, 确定了Ca_0.5Sr_0.5TiO₃晶体中4c位置的Ca/Sr原子对称分布, 建立了Ca_0.5Sr_0.5TiO₃稳定的晶体结构, 在此基础上利用基于密度泛函理论第一性原理的平面波超软赝势方法, 采用局域密度近似和广义梯度近似函数, 计算了Ca_0.5Sr_0.5TiO₃的晶格参数、弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比, 并基于Christoffel方程的本征值研究了平面声波的特征, 基于Cahill和Cahill-Pohl模型研究了最小热导率的特征. 计算结果表明: Ca_0.5Sr_0.5TiO₃晶格参数和实验值很接近, 体弹模量大于剪切模量, [100], [010], [001]晶向的杨氏模量、泊松比、普适弹性常数(A^U)以及杨氏模量三维图均显示了弹性各向异性; 平面声波在(010), (001)平面呈现各向异性, 在(100)平面呈现各向同性, 平面声波大小与平均横波和平均纵波的数值很接近. Cahill模型最小热导率在各平面呈现各向同性, Cahill-Pohl模型最小热导率在高温时趋于恒定. 准谐德拜模型下Ca_0.5Sr_0.5TiO₃ 晶体的摩尔热容和热膨胀系数与CaTiO₃晶体的接近, 并且高温下具有稳定的热膨胀性能. 计算所得禁带宽度为2.19 eV, 导带底主要是Ti-3d与O-2p态电子贡献; 由电荷布居和电荷密度图理论证实Ca_0.5Sr_0.5TiO₃具有稳定的Ti-O八面体结构.     

氮氢混合气氛退火中氢对Bi4Ti3O12铁电性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了在氮氢混合气氛中退火后Bi₄Ti₃O₁₂铁电性的退化机理. 分别计算了无氢、含氢模型中Ti沿c轴位移时体系总能量的变化,电子云密度分布,以及电子结构的总能态密度的变化. 结果表明含氢Bi₄Ti₃O₁₂铁电相Ti-O,Bi-O间的电子云重叠布居分布较无氢情况下变化明显,氢氧之间较强的轨道杂化使它们趋于形成共价键;晶格中氢氧键的 关键词： 氮氢混合气氛退火 铁电性 4Ti₃O₁₂')" href="#">Bi₄Ti₃O₁₂ 第一性原理     

Magnéli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了Magnéli相亚氧化钛Ti₈O₁₅的电子结构和光学性能. 计算出的能带结构显示Ti₈O₁₅相比锐钛型TiO₂禁带宽度大幅度降低. 态密度分析表明, 其原因在于Ti₈O₁₅的O原子的2p轨道以及Ti原子的3p, 3d轨道相对于TiO₂的相应轨道向左产生了偏移, 同时由于O原子的缺失使得Ti原子的3d, 3p轨道多余电子在Fermi能级附近聚集形成新的电子能级. 态密度分析结果还显示, 相对于TiO₂, Ti₈O₁₅ Fermi能级附近电子格局发生了如下变化: O原子的2p轨道电子贡献减少, Ti原子的3d轨道的电子对Fermi能级贡献增大. 光吸收计算图谱表明, TiO₂仅在紫外光区有较高的光吸收能力, 而Ti₈O₁₅由于禁带宽度变窄引起光吸收范围红移到可见光区, 从而在紫外光区和可见光区都有较高的光吸收能力, 计算结果与实验得到的紫外-可见漫反射吸收光谱结果一致. 关键词： 第一性原理 8O₁₅')" href="#">Magnéli相亚氧化钛Ti₈O₁₅ 电子结构 光学性能     

探索基于人工超晶格LaFeO3-YMnO3和自然超晶格n-LaFeO3-Bi4Ti3O12薄膜多铁性

基于纳米尺寸下复合铁电材料和反铁磁性材料是一个探索多铁性材料有效的方法. 利用激光脉冲沉积制备出LaFeO₃-YMnO₃人工超晶格和掺入不同层LaFeO₃, BiFeO₃的Bi₄Ti₃O₁₂的外延薄膜. 通过系统的X射线衍射、透射电子显微术、扫描透射电子显微术下的能量损失谱表征证明这些样品具有原子尺寸上清晰的界面和完整的层状结构. 磁性测试证明这些材料具有亚铁磁性. 特别是在0.5和1.5LaFeO₃-Bi₄Ti₃O₁₂中的亚铁磁性甚至能保持到室温. 就铁电性而言, 铁电性测试显示出LaFeO₃-YMnO₃和插入BiFeO₃的Bi₄Ti₃O₁₂样品中存在较大的漏电流, 而在0.5LaFeO₃-Bi₄Ti₃O₁₂样品中存在铁电性. 因此在0.5LaFeO₃-Bi₄Ti₃O₁₂中能够实现亚铁磁和铁电共存. 其次发现当掺入多层的钙钛矿(3层SrTiO₃或2.5层LaFeO₃)后, Bi₄Ti₃O₁₂ 的层状结构将出现结构失稳现象. 这些工作对于利用纳米复合开发新颖多铁性提供一些实例.     

CaCu3Ti4O12陶瓷的微观结构及直流导电特性

采用传统固相反应法制备了CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷.XRD证实其CaCu₃Ti₄O₁₂相;SEM观察到明显的晶粒晶界结构,晶界区亦由小晶粒构成;结合EDS结果,判定晶界区小晶粒为CuO.在较宽的温度范围内,CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的介电常数保持在10⁵左右;当频率为10³ Hz温度小于150 K时,介电常数迅速下降.在173—373 K温度范围内,通过其I-V特性,得到CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷直流电导随温度的变化：直流电导与温度的关系可分为三部分,对应的活化能分别为0.681 eV,0.155 eV和0.009 eV,这与CuO陶瓷直流电导活化能一致.可以认为晶界区的CuO小晶粒在CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的直流电导中占主导,这为解释CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷反常的介电性能提供了新的思路. 关键词： 3Ti₄O₁₂')" href="#">CaCu₃Ti₄O₁₂ 微观结构 直流电导 介电特性     

BaZr0.5Ti0.5O3电子结构、力学和光学性质的第一性原理研究

在广义梯度近似（GGA）下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对BaZr0.5Ti0.5O3的电子结构、力学性质和光学性质进行了理论计算．计算得到该晶体的晶格常数为4.145925 Å,且此材料是一种间隙的半导体材料,价带和导带都来源于Ba原子、O原子的p态和Ti原子、Zr原子的d态电子间的杂化;力学性质的计算得到：BaZrO3和BaZr0.5Ti0.5O3的晶体结构稳定,且BaZrO3晶体掺杂Ti元素后体系的硬度变大;光学计算结果表明BaZr0.5Ti0.5O3的静态介电常数为4.20,吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.00,能量损失峰出现在11.59eV处．上述研究结果为BaZr0.5Ti0.5O3材料的设计和应用提供了理论依据．     

Magnli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了Magneli相亚氧化钛Ti8O15的电子结构和光学性能.计算出的能带结构显示Ti₈O₁₅相比锐钛型TiO₂禁带宽度大幅度降低.态密度分析表明,其原因在于Ti₈O₁₅的O原子的2p轨道以及Ti原子的3p,3d轨道相对于TiO₂的相应轨道向左产生了偏移,同时由于O原子的缺失使得Ti原子的3d,3p轨道多余电子在Fermi能级附近聚集形成新的电子能级.态密度分析结果还显示,相对于TiO₂,Ti₈O₁₅Fermi能级附近电子格局发生了如下变化:O原子的2p轨道电子贡献减少,Ti原子的3d轨道的电子对Fermi能级贡献增大.光吸收计算图谱表明,TiO₂仅在紫外光区有较高的光吸收能力,而Ti₈O₁₅由于禁带宽度变窄引起光吸收范围红移到可见光区,从而在紫外光区和可见光区都有较高的光吸收能力,计算结果与实验得到的紫外-可见漫反射吸收光谱结果一致.     

CaCu3Ti4O12 陶瓷松弛损耗机理研究

CaCu₃Ti₄O₁₂介电损耗较大且损耗机理尚不明确, 因此限制了其应用.本文采用固相法和共沉淀法合成CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷, 利用宽带介电温谱研究在交流小信号作用下, 双Schottky势垒耗尽层边缘深陷阱的电子松弛过程、 载流子松弛过程以及CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的介电损耗性能. 研究发现, 在低频下以跳跃电导和直流电导的响应为主, 而高频下主要为深陷阱能级的松弛过程所致, 特别是活化能为0.12 eV的深陷阱浓度, 这是决定CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷高频区介电损耗的重要因素.降低直流电导, 有利于降低低频区介电损耗; 而高频区介电损耗的降低, 需要降低深陷阱浓度或增大晶粒尺寸. 共沉淀法制备的CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷, 有效降低直流电导及控制深陷阱浓度, 介电损耗降低明显. 关键词： 3Ti₄O₁₂陶瓷')" href="#">CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷 介电损耗 松弛过程 Schottky势垒     

La掺杂对Bi4Ti3O12薄膜铁电性能的影响

利用Sol-Gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备出Bi₄Ti₃O₁₂和Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂薄膜，研究了La掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的晶体结构、铁电性能和疲劳特性的影响，发现La掺杂没有改变Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的基本晶体结构，并且提高了Bi₄Ti₃O₁₂铁电薄膜的剩余极化值和抗疲劳性能，对La掺杂改善Bi₄Ti₃O₁₂铁电薄膜性能的机理进行了讨论. 关键词： 铁电性能 4Ti₃O₁₂薄膜')" href="#">Bi₄Ti₃O₁₂薄膜 3.25La_0.75Ti₃O₁₂薄膜')" href="#">Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂薄膜 sol-gel法 La掺杂     

BaZr0.5Ti0.5O3电子结构、力学和光学性质的第一性原理研究

在广义梯度近似（GGA）下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对BaZr0.5Ti0.5O3的电子结构、力学性质和光学性质进行了理论计算．计算得到该晶体的晶格常数为4.145925 Å,且此材料是一种间隙的半导体材料,价带和导带都来源于Ba原子、O原子的p态和Ti原子、Zr原子的d态电子间的杂化;力学性质的计算得到：BaZrO3和BaZr0.5Ti0.5O3的晶体结构稳定,且BaZrO3晶体掺杂Ti元素后体系的硬度变大;光学计算结果表明BaZr0.5Ti0.5O3的静态介电常数为4.20,吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.00,能量损失峰出现在11.59eV处．上述研究结果为BaZr0.5Ti0.5O3材料的设计和应用提供了理论依据．     

Ba0.5Ca0.5ZrO3电子结构和光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,利用密度泛函理论体系下的广义梯度近似,研究了Ba0.5Ca0.5ZrO3的电子结构和光学性质.计算得到该晶体的晶格常数为4.1823 A,且此材料是一种间隙的半导体材料,价带和导带都来源于Ba原子、Ca原子、Zr原子的d态和O原子的p态电子间的杂化.吸收系数为105 cm-1量级,且吸收主要集中在低能区.静态折射率为1.79,能量损失峰出现在10.8 eV处.该研究结果为Ba0.5Ca0.5ZrO3光电材料的设计和应用提供了理论依据.     

0.5NdAlO3-0.5CaTiO3电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理密度泛函理论的平面波赝势方法,对0.5NdAlO₃-0.5CaTiO₃晶体进行结构优化,并对其能带结构,态密度和光学性质进行了理论计算.结构优化后晶格参数与实验数据相符合,误差小于1%;能带计算结果表明0.5NdAlO₃-0.5CaTiO₃为间接带隙,带隙值为0.52eV;费米面附近的能带由Nd-4f,O-2p,Nd-4p,Al-3p,Ti-4d层的电子态密度确定.同时也计算了该结构的介电函数,反射率和复折射率等光学性质.     

掺杂BaHfO3电子结构与力学性能的第一性原理研究

在广义梯度近似（GGA）下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了掺杂对BaHfO3的电子结构与力学性能的影响．电子结构计算表明：优化的BaHfO3晶格常数与实验值吻合较好,BaHfO3为一种间接带隙的绝缘体材料．掺杂Sr和Ti后该材料仍为间接带隙材料,Ba0.5Sr0.5HfO3的带隙增大,绝缘体特征增强,而BaHf0.5Ti0.5O3的带隙显著减小,呈现出半导体材料的特征．由态密度分析可知,掺杂后带隙的变化主要是由于导带底的移动造成的．力学性能分析表明：与BaHfO3相比,Ba0.5Sr0.5HfO3的剪切模量和杨氏模量均明显减小,材料硬度减弱;BaHf0.5Ti0.5O3的剪切模量及杨氏模量均明显增大,材料硬度增强．电子密度分布分析揭示了掺杂改变体系价电子浓度的分布情况,使BaHfO3的价健特性发生了变化,这是材料硬度改变的内在原因．可见,掺杂能够有效地调控体系的硬度,该研究结果为掺杂BaHfO3力电材料的设计与应用提供了理论依据．     

Electronic structure of ZrTiO4 and HfTiO4: Self-consistent cluster calculations and X-ray spectroscopy studies

Total and partial densities of states of the constituent atoms of ZrTiO₄ and HfTiO₄ titanates have been calculated using a self-consistent cluster method as incorporated in the FEFF8 code. The calculations reveal the similarity of the electronic structure of both titanates and indicate that the valence band of the compounds under consideration is dominated by contributions of O 2p states. These states contribute throughout the whole valence-band region; however their maximum contributions occur in the upper portion of the band. Other significant contributors in the valence-band region are Ti 3d and Zr 4d states in ZrTiO₄ and Ti 3d and Hf 5d states in HfTiO₄. All the above d-like states contribute throughout the whole valence-band region of the titanates; however maximum contributions of the Ti 3d states occur in the upper portion, whilst those of the Zr 4d (Hf 5d) states are in the central portions of the valence band. The FEFF8 calculations render that the bottom of the conduction band of ZrTiO₄ and HfTiO₄ is dominated by contributions of Ti 3d^? states, with also smaller contributions of Zr 4d^?/Hf 5d^? and O 2p^? states. To verify the above FEFF8 data, the X-ray emission bands, representing the energy distributions of mainly O 2p, Ti 3d and Zr 4d states, were measured and compared on a common energy scale. These experimental data are found to be in agreement with the theoretical FEFF8 results for the electronic structure of ZrTiO₄ and HfTiO₄ titanates. Additionally, X-ray photoelectron valence-band and core-level spectra were recorded for the constituent atoms of the titanates under study.     

Sc2O3电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,研究了Sc2O3的电子结构、态密度和光学性质. 计算结果表明：Sc2O3是一种直接带隙半导体,其能带宽度为3.79eV,价带顶部主要由O的2p和Sc的3p3d杂化而成,导带主要由Sc的3d和O的2p构成. 同时,文中也分析了Sc2O3的介电函数、折射率、光电导率和吸收谱等光学性质. 计算得到静态介电常数 ,折射率n0=1.25,在紫外区有较大的吸收系数.     

Dependence of optical properties of monoclinic MnWO4 on the electric field of incident light

Considering the electric field of incident light along four particular directions [100], [110], [011], and [010], the optical properties of monoclinic MnWO₄ were investigated by the first-principle methods. The calculated electronic structures show that the O 2p states and Mn 3d states dominate the top of the valence bands, while the W 5d and Mn 3d states play a key role in the bottom of the conduction bands. The dielectric function and other optical properties, including absorption coefficient, reflectivity spectra, and energy-loss spectra, were calculated and analyzed. The results predicted the maximum static dielectric function when the electric field of incident light was along the [100] direction; meanwhile the absorption edge was calculated to be consistent with the energy band gap and the values and positions of peaks in absorption coefficient are related with the electric field of light. Otherwise, it is found that the appearance of peaks in the energy-loss spectra is also dependent on the electric field and simultaneously corresponds to the edge of absorption spectra and the peaks' position of reflectivity spectra.