BaTiO_3/SrTiO_3(1:1)超晶格的晶格动力学、介电和压电性能的第一性原理研究

对于BaTiO3/SrTiO3(BTO/STO)沿[001]方向有序的1:1超晶格,从最高对称性的P4/mmm结构出发,用第一性原理计算了布里渊区中心声子,通过冻结不稳定声子得到P4mm和Amm2结构,进一步冻结不稳定声子得到其基态单斜Cm结构.计算了三种畸变结构的自发极化及Cm结构的电子和声子对介电和压电的贡献.分析表明:ε22和e26主要来自于频率为197,146和97 cm-1的A′′声子的贡献;ε33和e33主要来自于频率为189和139 cm-1的A′声子的贡献;ε11和e11主要来自于频率为246 cm-1的A′声子的贡献.根据离子对介电和压电张量各分量的贡献可知,Ti和O离子对介电和压电有比较大的贡献.     

Ba TiO3/SrTiO3超晶格Bragg衍射及其理论模拟

用X射线全外反射掠入射衍射和通常Bragg衍射,研究了Ba TiO³/SrTiO³(BTO/STO)超晶格的界面应变.X射线衍射动力学理论用于模拟Bragg衍射.发现与一般半导体外延膜或超晶格不同,BTO/STO超晶格的垂直和水平晶格常数的关系不完全遵守四方畸变的规律.这种偏离可能与钙钛矿型氧化物材料的结构复杂性有关.     

氧压对SrTiO3和SrNb0.2Ti0.8O3薄膜晶格参数的影响及激光感生热电电压效应

采用脉冲激光沉积技术制备了SrTiO3和SrNb0.2Ti0.8O3薄膜.X射线衍射分析表明在LaAlO3(100)单晶平衬底上生长的SrTiO3及SrNb0.2Ti0.8O3薄膜是沿[001]取向的近外延生长.随着氧压在一定范围内逐渐增大,SrTiO3薄膜的晶格参数减小,而SrNb0.2Ti0.8O3薄膜的晶格参数先减小后增大.同时摸索出制备具有二维电子气超晶格(SrTiO3/SrNb0.2Ti0.8O3).的最佳氧压为1.0×10-2Pa.另外在LaAlO3(100)倾斜衬底上制备的SrNb0.2Ti0.8O3薄膜中观察到激光感生热电电压效应.     

立方相Na_(1/2)Bi_(1/2)TiO_3和K_(1/2)Bi_(1/2)TiO_3的电子结构和结构不稳定性的第一性原理比较研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法比较研究了Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构、离子位移势能面和Γ声子等性质.结果表明,Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构很相似,价带由O 2p电子态主导并包含部分Ti 3d和Bi 6p电子态,导带低能部分由Ti 3d空轨道构成;K取代Na后其Ti—O和Bi—O键的键强略有增加.两者的离子位移势能面也很接近,O离子的偏心位移对结构不稳定性起主导作用,且K取代Na后其作用增强.Γ声子都存在3个软模,分析表明软模主要来自O6基团的振动,K取代Na后A2u软模发生硬化.     

SrTiO3薄膜生长初期Sr，Ti，O原子分子反应机理的理论研究

在激光分子束外延(LMBE)生长SrTiO₃(STO)薄膜过程中,激光闪蒸出的Sr,Ti,O原子的微观反应过程及粒子形态是STO薄膜生长初期形成的关键.采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP 水平上研究了Sr,Ti,O原子在真空中的优先反应过程和形态,计算研究了SrO,TiO₂和STO分子形成的反应机理,获得了相应的中间体和过渡态及反应活化能,并运用前线轨道理论分析了STO分子的形成机理.对比计算了STO分子可能的几何构型,得 关键词： 3薄膜')" href="#">SrTiO₃薄膜 反应机理 活化能     

[(SrTiO3)n/(SrTi0.8Nb0.2O3)m]20/LaAlO3超晶格的制备及其激光感生热电电压效应

采用脉冲激光沉积(PLD)镀膜技术在倾斜10°的LaAlO3(100)单晶衬底上制备了(SrTiO3)n/(SrTi0.8Nb0.2O3)m系列超晶格.在超晶格薄膜的XRD图谱中清楚地观察到周期调制的卫星峰结构.从卫星峰的分布计算了超周期,进而得到了在生长SrTiO3和SrTi0.8Nb0.2O3时的沉积速率,分别为0.78 /pulse和0.57 /pulse.在超晶格薄膜中发现了激光感生热电电压(LITV)效应,说明这种人造原子层热电堆结构具有Seebeck系数各向异性.研究发现,在SrTiO3介电层厚度n=46.8 nm,SrTi0.8Nb0.2O3导电层厚度m=19.0 nm时LITV信号的平均峰值电压最大U -P=0.7 V/mJ·mm,n=46.8 nm,m=11.4 nm时LITV信号的平均响应时间最小τ -=124 ns.     

SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性

采用金属有机分解法在p型Si衬底上制备了SrTiO3（STO）薄膜.研究了STO薄膜金属 绝缘体 半导体(MIS)结构的介电和界面特性.结果表明，STO薄膜显示出优异的介电性能，在10kHz处的介电常数约为105，损耗低于001，这来源于多晶结构和良好的结晶性；MIS结构中的固定电荷密度Nf和界面态密度Dit分别约为15×1012cm-2和(14—35)×1012cm-2eV-1，这主要与Si/STO界面处形成的低介电常数界面层有关. 关键词： SrTiO3薄膜 MIS结构 介电性能 Si/STO界面     

Rb2TeW3O12电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用平面波超软赝势法对Rb2TeW3O12基态的几何结构、能带结构和光学特性等进行了系统的研究.几何结构研究不仅对基态平衡时的几何参量进行了优化计算，还对内部坐 标做了优化，其结果和实验测量值符合得很好.电子结构的研究表明，Rb2TeW3O12 属于宽禁带直接带隙半导体，禁带宽度为223eV，W 5d和O 2p轨道之间强烈杂化形成W— O共价键.计算了光学性质，给出了Rb2TeW3O12的介电函数实部ε1、虚部ε 2及相关光学参量，理论计算的静态介电常数为529 关键词： Rb2TeW3O12 电子结构 介电函数 密度泛函理论     

阻挡层电容对ACu3Ti4O12巨介电性能的影响研究

用固相反应法成功地制备了ACu3Ti4O12(A=Ca，La，Y)系列陶瓷，在50—300K温区内测量了样品的介电性能，分析了交流电导与外场频率、温度的关系.发现在相同组分的CaCu3Ti4O12晶体中相对含量大于等于0776时，样品的相对介电常数可达104；而A位上价态为3+的化合物La2/3Cu3Ti4O12和Y2/3Cu3Ti4O12相对介电常数仅为103.分析表明，样品中内部阻挡层电容数目的多少直接对ACu3Ti4O12的相对介电常数产生影响.电导与温度及频率的关系是由电子、声子与外场的共同作用决定的. 关键词： ACu3Ti4O12 巨介电 晶相含量 阻挡层电容     

无铅四方相钙钛矿短周期超晶格压电效应机理研究

超晶格压电行为与内部正离子之间的内在联系尚缺乏相关的研究.本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了三种无铅四方相钙钛矿铁电超晶格(BaTiO_3/SrTiO_3,KNbO_3/KTaO_3和BaTiO_3/KNbO_3)中A,B位正离子对整体的极化和压电贡献.通过计算超晶格不同轴向应变条件下原子结构和Born有效电荷,获得了超晶格和各个正离子的极化值和压电系数.结果表明,在轴向压缩应变条件下(-0.15—0 A),无铅超晶格中的正离子位移D(A)和D(B)受到抑制,在拉应变时位移才显著增大,因此极化和压电行为不明显.在轴向拉伸应变作用下(0—0.15 A),无铅超晶格中各原子的极化贡献显著增大,特别是B位原子Ti,Nb和Ta的极化贡献使得总的极化强度也显著提高,并当拉应变达到一定值,超晶格才会出现明显的压电行为.无铅超晶格的极化和压电行为主要由B位正离子贡献.     

不同组分厚度比的LaMnO3/SrTiO3异质界面电子结构和磁性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了(LaMnO₃)_n/(SrTiO₃)_m(LMO/STO)异质界面的离子弛豫、电子结构和磁性质. 研究表明, 不同组分厚度比及界面类型时, 离子弛豫程度各不相同, 并且界面处的电子性质受此影响较大. 对于n型界面, 当LMO的厚度达到6个单胞层后, 电子会从LMO转移到STO, 转移的电子占据界面层Ti原子的3d电子轨道, 界面处出现二维电子气. 对于n型界面(LMO)_n/(STO)₂, 随着LMO厚度数n的增加, 由离子弛豫造成的结构畸变减小, 而界面处Ti原子周围电子的态密度和自旋极化却增大, 表明高厚度比的n型界面有利于产生高迁移率的二维电子气和自旋极化. 而对于p型(LMO)₂/(STO)₈界面, 在STO一侧基本没有结构畸变, 界面处无电子转移和自旋极化现象. 通过计算平均静电势发现n型和p型界面处的势差大小相差2 eV, 解释了p型界面不容易发生电荷转移的原因.     

复合层状Bi7Ti4 NbO21铁电陶瓷的结构与介电和压电性能研究

制备了Bi7Ti4NbO21，Bi4Ti3O12及Nb掺杂Bi4Ti3O12(Nb-Bi4Ti3O12)层状结构铁电陶瓷材料．结合Nb-Bi4Ti3O12的介电温谱和退极化实验结果，研究了Bi7Ti4NbO21的晶体结构对其介电、压电性能的影响．高分辨透射电镜结果表明，在Bi7Ti4NbO21中，沿着c轴方向，(Bi2Ti3O10)^2-和(BiTiNbO7)^2-。两个类钙钛矿层分别与(Bi2O2)^2 层叠加堆积而成．这种晶体结构决定了Bi7Ti4NbO21的介电温谱在668℃和845℃出现介电双峰．结合极化样品的退化实验分析，说明材料在这两个温度附近发生了铁电一铁电相变、铁电一顺电相变，分别是(Bi2Ti3O10)^2-和(BiTiNbO7)^2-层状结构发生微观结构相变的结果．在退极化过程中，由于受热时钙钛矿层内空位引起的缺陷偶极子的定向排列受到破坏，引起材料部分退极化，表现为300℃热处理后Bi7Ti4NbO21的压电活性降低了10％，显示了室温下材料的压电性能来源于自发极化的固有电偶极子和缺陷偶极子的共同贡献．     

三角对称下3d3离子2E态g因子性质研究

采用完全对角化方法,以尖晶石结构的ZnAl2O4:Cr3+,ZnGa2O4:Cr3+和MgAl2O4:Cr3+系列晶体为例,联系晶格局域结构,对三角对称下3d3离子2E态g因子性质进行了研究.研究中考虑了包括自旋与自旋相互作用、自旋与另一轨道相互作用以及轨道与轨道相互作用在内的微小磁相互作用.对ZnAl2O4:Cr3+ 体系2E态g因子给出了理论解释,说明了ZnGa2O4:Cr3+体系的g‖(E′)应为负值,并从理论上预测了MgAl2O4:Cr3+体系2E态g因子数值.研究表明,微小磁相互作用对2E态g因子的贡献较大,在计算中是不可忽略的;相对于基态g因子来说,2E态g因子随晶格局域结构变化较为敏感.     

SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性

采用金属有机分解法在p型Si衬底上制备了SiTiO3(STO)薄膜.研究了STO薄膜金属-绝缘体-半导体(MIS)结构的介电和界面特性.结果表明,STO薄膜显示出优异的介电性能,在10kHz处的介电常数约为105,损耗低于0.01,这来源于多晶结构和良好的结晶性;MIS结构中的固定电荷密度Nf和界面态密度Dit分别约为1.5×1012cm-2和(1.4-3.5)×1012 cm-2 eV-1,这主要与Si/STO界面处形成的低介电常数界面层有关.     

LiNH2 的晶格动力学、介电性质和热力学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,在局域密度近似下采用线性响应的密度泛函微扰理论计算了LiNH₂的晶格动力学、介电性质和热力学性质,得到了布里渊区高对称方向上的声子色散曲线和相应的声子态密度,分析了 LiNH₂的红外和拉曼活性声子频率,同时给出它的介电张量和玻恩有效电荷张量. 研究表明,LiNH₂存在小的各向异性,计算所得结果与实验值和其他理论值符合较好.最后,利用得到的声子态密度进一步预测了LiNH₂的热力学性质 关键词： 密度泛函理论 晶格动力学 热力学性质 第一性原理计算     

Ca3NbGa3Si2O14晶体的介电和压电特性

利用Y切和(yxl)30°切两种样品测量了Ca3NbGa3Si2O14晶体的介电、压 电和部分弹性参数.计算了(yxl)θ切型相关压电常数随切角的变化.与La3Ga5SiO14晶体相比，Ca3NbGa3Si2O14晶体具有更优良的压电性能，其压电常数 d11=7.93×10-12C/N，d14=-5.88×10-12C/N. 关键词： Ca3NbGa3Si2O14晶体 介电常数 压电常数     

PuO2和α-Pu2O3光学性质的经验势模拟

用GULP程序拟合出α-Pu2O3的Pu-O作用BMH经验势参数.结合氧离子壳模型势,运用分子静力学和动力学计算出PuO2和α-Pu2O3理想晶体的结构参数和光学性质.结果显示:它们的空间群、晶胞参数、密度和熵等,与文献报道值接近,相对误差均小于1.2%;并计算出PuO2和α-Pu2O3的高频和静态介电张量、红外介电函数谱、晶格振动峰等.用椭圆偏振光谱仪证实了部分计算结果,得到PuO2的间接能带间隙为2.1 eV.     

SrTiO3薄膜生长初期Sr,Ti,O原子分子反应机理的理论研究

在激光分子束外延(LMBE)生长SrTiO3(STO)薄膜过程中,激光闪蒸出的Sr,Ti,O原子的微观反应过程及粒子形态是STO薄膜生长初期形成的关键.采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP水平上研究了Sr,Ti,O原子在真空中的优先反应过程和形态,计算研究了SrO,TiO2和STO分子形成的反应机理,获得了相应的中间体和过渡态及反应活化能,并运用前线轨道理论分析了STO分子的形成机理.对比计算了STO分子可能的几何构型,得到了比较稳定的构型,其几何特征与STO单胞部分相似.计算研究表明,SrO,TiO2,STO分子是LMBE外延生长STO薄膜初期的主要粒子形态.     

两耦合半无限超晶格中的局域界面声子-极化激元

采用转移矩阵方法，研究了含结构缺陷层的两耦合半无限超晶格(GaAs/AlAs)中的局域界面声子-极化激元模性质. 研究发现，含不同介电特性的缺陷超晶格结构中的局域界面声子-极化激元模在剩余射线区［ω_TO, ω_LO］的分布情况与数量存在不同，而且反对称模表现出不同的特征. 文中着重研究了缺陷层介电常数与角频率无关的缺陷超晶格，发现该结构中的局域界面声子-极化激元模对组分层的排列顺序与厚度、缺陷层的厚度以及横向波数有着不同程度的依赖.     

应力作用下铁电超晶格BaTiO3/SrTiO3的结构和极化的第一性原理研究

通过第一性原理计算,研究了在不同应力作用下铁电超晶格BaTiO3/SrTiO3的结构以及自发极化的变化.结果显示,在应力作用下,晶格发生变形,并且沿着c轴在Ti原子和O原子之间电荷发生传输.随着应力的增加,超晶格中各类原子沿着c轴的位移都会有不同程度上的增加,造成了铁电超晶格的自发极化不断提高.此外,在该模型中,通过变化所施加的应力,可以控制超晶格的极化性质.