铁电体SrBi2Nb2O2电子能带结构的第一性原理研究

采用第一性原理的方法计算了SrBi₂Nb_2O.9（SBN）的顺电相、铁电相的电子结构.顺电相是间接带隙, 铁电相是直接带隙，它们的大小分别为1.57和2.23 eV.顺电相和铁电相的价带顶均主要来自于O₂p态的贡献.而顺电相和铁电相的导带底则分别来自Nb₄d态和Bi₆p态的贡献.计算表明SBN铁电相的低的漏电流与Bi 6p轨道有关.由顺电相到铁电相时，Nb₄d和O_{2 关键词： 顺电相 铁电相 态密度 电子能带结构}     

多铁材料BaCoF$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法,对多铁材料BaCoF₄的铁电反铁磁相和可能的顺电相的电子结构进行了第一性原理研究.研究表明,反铁磁态很可能有利于低温下的铁电稳定性,F的强负电性使得体系内原子间主要是离子键相互作用.Co离子与在bc面上的F（2）,F（3）离子间完全是离子键作用,而与F（4）间有较弱的共价作用,与F（1）间作用介于两者之间.铁电畸变主要来源于Ba离子与F（1）, F（2）, F（3）离子沿着c轴方向的相对位移,F（4）对铁电性的贡献最少.铁电相中F（2）, F（3）离子的能量低于中心对称相,最大位移贡献者F（1）的化学键性由弱共价作用到离子键的变化也是最大的,这均有利于体系的稳定. 关键词： 第一性原理 铁电性 铁电畸变 反铁磁性     

Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3五层超晶胞的顺电相和铁电相的电子结构.由态密度、电子密度和能带结构的计算结果发现顺电相下钛氧八面体Ti-O6和锆氧八面体Zr-O6在铁电相中分裂为由1个O1离子和4个O2离子组成的金字塔结构Ti-O5和Zr-O5;与顺电相相比,铁电相中钛离子的3d电子和氧离子的2p电子存在更强的轨道杂化,这种杂化降低了离子间的短程排斥力,使得具有铁电性的四方结构更为稳定,而且钛离子与氧离子的相互作用对于铁电相Pb(Zr0.4Ti0.6)O3沿c轴自发极化的贡献大于锆离子与氧离子的相互作用;由电子密度的分布可推断立方结构的Pb-O键呈现离子键特征,而铁电相下Pb-O键则有较大的共价成分,铅离子与氧离子的这种轨道杂化对Pb(Zr0.4Ti0.6)O3的铁电性起重要作用.所得结果对深入理解Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电性的微观机理具有参考价值.     

BiFeO3中各离子在铁电相变中作用本质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法,对多铁材料BiFeO₃的铁电反铁磁相和可能的高温顺电相的电子结构进行了第一性原理研究.计算验证了BiFeO₃基态为G型反铁磁有序,Fe离子的理论磁矩与实验值相符.铁电相变发生后,Bi-6s态和6p态发生了电荷转移,Bi-6s电子的作用更加明显.Born有效电荷的研究表明铁电畸变主要表现为Bi原子的位移,并且电极化强度计算值很好地符合薄膜实验结果.部分态密度的计算表明Bi-6p态的成键轨道与反键轨道间的能量劈裂 关键词： 第一性原理 铁电性 铁电畸变 反铁磁性     

Mg-Y-Zn合金三元金属间化合物的电子结构及其相稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理平面波赝势方法计算Mg-Y-Zn合金三元金属间化合物X-Mg₁₂YZn 相和W-Mg₃Y₂Zn₃相的晶格常数、形成焓和电子结构. 形成焓的计算结果表明, X-Mg₁₂YZn相和W-Mg₃Y₂Zn₃相都具有负的形成焓, 并且W-Mg₃Y₂Zn₃相的形成焓更低; 电子结构的计算分析表明, W-Mg₃Y₂Zn₃相成键峰主要来自Mg的2p轨道、Zn的3p轨道和Y的4d轨道的贡献. 而X-Mg₁₂YZn相成键峰主要来自Mg的3s和2p轨道、Zn的3p轨道和Y的4d轨道的贡献. 对W-Mg₃Y₂Zn₃相(011)面和X-Mg₁₂YZn相(0001)面的电荷密度分析表明, 两相中Zn-Y原子间都形成了共价键, 且W-Mg₃Y₂Zn₃相的共价性比X-Mg₁₂YZn相的共价性更强. 在费米能级低能级处, W-Mg₃Y₂Zn₃相具有更多的成键电子数, 决定了W-Mg₃Y₂Zn₃相比X-Mg₁₂YZn相有更好的相稳定性.     

BiFeO3电子结构的第一性原理研究

采用广义梯度近似下的密度泛函理论计算了铁电相BiFeO3以及顺电相BiFeO3的轨道占据数、电子云重叠布居数、净电荷分布和态密度.结果表明,BiFeO3晶体现铁电性的主要原因是:Fe原子的3d轨道和O原子的2p轨道杂化.而且由于两相晶体结构上的差异,铁电相BiFeO3原子间的共价性和离子性相对顺电相BiFeO3增强了,态密度图在价带区基本相同,但是在导带区具有一定的差异性.     

AlHn(n=1—3)的分子结构和AlH3热力学稳定性

在gaussian03基础上，分别用b3lyp和qcisd方法，在6-311++g^**基组水平上研究了AlH_n(n=1—3)分子及其一价阴阳离子的几何结构和谐振频率，计算了它们中性分子的离解能，第一垂直电离能，电子亲和能. 并与可能得到的实验值及文献上的理论计算值进行了比较. 发现qcisd方法得到的数据更接近实验值. 计算发现对AlH，AlH₂和AlH₃分子及其1价阳离子的Al—H键长，随着H原子数的增多，键长越短， 关键词： 3分子')" href="#">AlH₃分子 平衡几何结构 垂直电离能 垂直电子亲和能     

改性锆钛酸铅温度诱导相变的热释电性

测量结果显示,Pb_0.99Nb_0.02［(Zr_1-xSn_x)_1-yTi_y］_0.98O₃在温度诱导相变时伴随有正的和负的热释电电流峰.电流的方向与相变类型有如下关系：铁电相向反铁电或顺电相转变时形成正的电流峰,反铁电相向铁电或顺电相转变时形成负的电流峰.按照铁电相与反铁电和顺电相之间存在静电势差的观点,可以很好地解释热释电电流的方向与 关键词： 改性锆钛酸铅化合物 温度诱导相变 热释电性     

S掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构与光催化性能的影响

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO₂的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化,导致晶体中的八面体偶极矩增大; S 3p态与O 2p态、Ti 3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化,从而导致TiO₂的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO₂在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO₂电子结构和光催化性能影响的差别. 关键词： 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ S掺杂 第一性原理 光催化性能     

二维VOBr2单层的结构畸变及其磁性和铁电性

借助第一性原理计算,对VOBr₂单层的结构、磁性以及铁电性进行了系统研究.计算结果表明低温下VOBr₂会产生自发铁电极化,从高对称顺电相转变为铁电相结构.与同族姊妹材料VOI₂不同的是,V的二聚化现象不仅无法在VOBr₂中稳定存在,还会导致局域磁_矩淬灭.此外,VOBr₂易磁化轴在面内a轴方向,面内a,b轴上近邻磁矩均为反铁磁耦合.VOBr₂中的铁电极化主要由V在a轴方向V—O—V链上的铁电位移产生,大小约为40μC/cm~2.与铁电同步翻转相比,通过分步翻转不同链上的铁电极化,可以有效降低铁电翻转能垒,从而有望通过低能外场实现部分或个别链上的铁电翻转,为低能耗高密度铁电存储器件设计提供新的思路和方向.     

High temperature extended x-ray absorption fine structure study of multiferroic BiFeO(3)

Local atomic structure modifications around Fe atoms in polycrystalline multiferroic BiFeO(3) are studied by Fe K edge x-ray absorption spectroscopy as a function of temperature across the Néel temperature (T(N)?=?643?K) in order to reveal local structure modifications related to the magnetic transition. This work demonstrates that on crossing T(N) the local structure around Fe shows peculiar changes: the Fe-O bond lengths get shorter, the ligand symmetry increases and the Fe-O bond length disorder (σ(2)) deviates from Debye behaviour. These results suggest that the structural transition at the ferroelectric Curie temperature (T(C)?=?1103?K) is anticipated by early local rearrangement of the structure starting already at T(N).     

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     

Electronic structure and magnetic and optical properties of double perovskite Bi2 FeCrO6 from first-principles investigation

Double perovskite Bi2 FeCrO6 , related with multiferroic BiFeO3 , is very interesting because of its strong ferroelectricity and high magnetic Curie temperature beyond room temperature. We investigate its electronic structure and magnetic and optical properties by using a full-potential density-functional method. Our optimization shows that it is a robust ferrimagnetic semiconductor. This nonmetallic phase is formed due to crystal field splitting and spin exchange splitting, in contrast to previous studies. Spin exchange constants and optical properties are calculated. Our Monte Carlo magnetic Curie temperature is 450 K, much higher than any previously calculated value and consistent with experimental results. Our study and analysis reveal that the main magnetic mechanism is an antiferromagnetic superexchange between Fe and Cr over the intermediate O atom. These results are useful in understanding such perovskite materials and exploring their potential applications.     

Atomic structure of highly strained BiFeO3 thin films

We determine the atomic structure of the pseudotetragonal T phase and the pseudorhombohedral R phase in highly strained multiferroic BiFeO(3) thin films by using a combination of atomic-resolution scanning transmission electron microscopy and electron energy-loss spectroscopy. The coordination of the Fe atoms and their displacement relative to the O and Bi positions are assessed by direct imaging. These observations allow us to interpret the electronic structure data derived from electron energy-loss spectroscopy and provide evidence for the giant spontaneous polarization in strained BiFeO(3) thin films.     

Improved multiferroic properties of La-doped 0.6BiFeO₃-0.4SrTiO₃ solid solution ceramics

The 0.6(Bi1-xLax)FeO 3-0.4SrTiO 3(x = 0,0.1) multiferroic ceramics are prepared by a modified Pechini method to study the effect of substitution of SrTiO3 and La in BiFeO3.The X-ray diffraction patterns confirm the single phase characteristics of all the compositions each with a rhombohedral structure.The magnetic properties of the ceramics are significantly improved by a solid solution with SrTiO3 and substitution of La.The values of the dielectric constant ε r and loss tangent tan δ of all the samples decrease with increasing frequency and become constant at room temperature.The La-doped 0.6BiFeO3-0.4SrTiO3 ceramics exhibit improved dielectric and ferroelectric properties,with higher dielectric constant enhanced remnant polarization(Pr) and lower leakage current at room temperature.Compared with a anti-ferromagnetic BiFeO3 compound,the 0.6(Bi0.9La0.1)FeO3-0.4SrTiO3 sample shows the optimal ferromagnetism with remnant magnetization M r ～ 0.135 emμ/g and ferroelectricity with Pr ～ 5.94 μC/cm 2 at room temperature.     

表面修饰对硅锗合金纳米线的内部键长分布及能带影响的机理研究

采用密度泛函第一性原理方法,研究了三种不同官能团修饰对硅锗111方向纳米线内部键长分布的不均匀性及能带影响,计算结果表明CH_3修饰加剧了键长分布不均性,与其它两个官能团相比,键长峰值弱化,键长范围扩大,也就是键长发生了再分布,F修饰对键长表现出了拉力效应,但并没有引起键长的再分布.同时,通过计算电子性质,以H修饰纳米线为参考,因不同官能团修饰对键长不均匀性的影响不同,使能带Z点位置下移幅度不同,CH_3修饰纳米线下移幅度最大,F次之,H修饰的下移幅度最小,这为利用不均匀性调控电子结构提供了理论依据.     

铁电极化子动力学理论

在铁电屏蔽理论的基础上发展铁电极化子动力学理论,用来解释铁电体的极化反转现象.理论结果与TGS单晶的实验结果符合得很好.由该理论还可进一步用来研究铁电发射的基本物理过程 关键词： 铁电极化子 极化反转 慢极化效应     

一种由自由电子能带模型计算费米能级的方法

对面心立方（fcc)、体心立方（bcc)和六角密堆积（hcp)三种不同结构的晶体,在假设它们的原胞中包含8个价电子并将价电子近似为自由电子的情况下,采用“自由电子气理论”和“自由电子能带模型”,研究其根据费米球确定的费米能级EF与根据自由电子能带模型计算的平均键能Em。研究结果表明,由自由电子能带模型计算所得3种不同结构晶体（因而电子密度也不一样）的平均键能Em等于各自自由电子系统的费米能级EF。平均键能Em是我们在异质结带阶理论计算中建议的一种参考能级,研究结果在深化对平均键能Em物理实质认识的同时,提供了一种借助于自由电子能带模型计算自由电子系统费米能级EF的新方法。     

First principles study on Mn-doped LiFePO4 as cathode material for rechargeable lithium batteries

The electronic structure and diffusion energy barriers of Li ions in pure and Mn-doped LiFePO4 have been studied using density functional theory(DFT).The results demonstrate clearly that Fe-O covalent bond is weaker than P-O covalent bond.Pure LiFePO4 has band gap of 0.56 eV and diffusion energy barrier of 2.57 eV for Li ions,while the dopant has small band gap of 0.25 eV and low diffusion energy barrier of 2.31 eV,which indicates that the electronic and ionic conductivity of LiFePO4 have been improved owing to doping.