四方相BaTiO3铁电性的第一性原理研究

在广义梯度近似下，利用超软赝势对立方相和四方相BaTiO3晶胞中Ti原子沿c轴位移时体系的能量、原子间电子云重叠布局数和各原子上的净电荷等进行了自洽计算.结果显示，当Ti原子沿c轴位移0012nm时，四方相BaTiO3体系能量最低，其自发极化强度为0261C/m2，该结果与实验数据相符合；同时表明，O原子的2p轨道和Ti原子的3d轨道的杂 化是BaTiO3晶体出现铁电性的重要原因. 关键词： 四方相BaTiO3 铁电性 位移 态密度     

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.     

SrTiO3薄膜氧缺陷的第一性原理研究

在广义梯度近似(GGA)下,利用超软赝势对真空条件下SrTiO3超晶胞的体系能量、原子间电子云重叠布局数和电子态密度等进行了自恰计算.结果显示,对有氧缺陷的超晶胞优化后,晶格参数的几何平均值增大了2.711%,这表明在高温条件下外延生长STO薄膜时,产生了氧缺陷,并且氧空位易处于薄膜表层;另外,表层氧缺陷使表层Ti原子明显的发生偏心位移,两个Ti原子的核间距由0.3905 nm增大至0.4234 nm,b轴上的氧原子则向中心靠近了0.0108 nm、并沿c轴方向上突了0.0027 nm,使STO晶体产生自发极化,氧缺陷还使STO的电子态密度的能隙增宽了1.75 eV,达到2.48 eV,从而使STO晶体由顺电相转向铁电相.     

钛原子位置对立方BaTiO3电子结构的影响

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一原理方法,计算了Ti原子位置对BaTiO3电子结构的影响.Ti的位置变化导致晶格畸变,使电子结构发生变化;从能带结构、能态密度(DOS)、电子密度、Mulliken布居等计算结果分析表明,导带和价带主要由Ti的3d电子和O的2p电子,Ti原子位置的变化,使Ti的3d电子能量分布上移,而O的2p电子能量下移;Ti位置变化,Ti的3d电子与的sp电子形成的杂化轨道更趋向离子化,以致于使OI出现了正电荷,表明发生了的2p电子向Ti的转移;O原子电子的转移使得Ti原子在导带的3d电子能量降低,与O原子在价带的2p电子能量重叠,禁带消失;随着畸变程度提高,转移逐渐增强,使禁带宽度逐渐减小,直至完全消失.     

金红石相VO2电子结构与光电性质的第一性原理研究

采用完全势线性缀加平面波方法(FP-LAPW)结合密度泛函+U(DFT+U)模型计算了金红石相VO₂的电子结构和光学性质. 电子态密度计算结果表明所采用的方法可以较好的描述体系的导带电子结构. 计算得到体系为导体,V-O键主要由O原子的2 p轨道与V原子的3 d轨道杂化形成,外加光场垂直和平行于c轴时体系的等离子振荡频率为3.44 eV和2.74 eV,光电导率在0-1 eV之间有一个与带内跃迁有关的德鲁德峰,而大于1 eV的光电导率主要由电子带间跃迁产生,得到并分析了带内跃迁过程和带间跃迁过程各自对反射谱和电子能量损失谱的贡献. 关键词： 光电性质 电子结构 缀加平面波方法 2')" href="#">VO₂     

BnTi(n=1-12)团簇的结构, 电子性质和磁性

利用密度泛函理论广义梯度近似方法得到了BnTi(n=1-12)团簇的基态结构, 并讨论了电子性质和磁性质. 结果表明, n≤5 时, BnTi 基态结构呈平面或准平面, n>5 时, Ti 原子倾向于与较多的B 原子成键而呈三维结构. 由二阶能量差分得出B3Ti, B5Ti, B10Ti 为幻数团簇. Mulliken 布居分析显示BnTi 团簇中电荷由Ti 原子向近邻B 原子转移且以共价键与离子键共存; 除BTi 磁矩为5 μB 外, 其余团簇磁矩处于0-2 μB 之间; 团簇总磁矩主要由Ti 原子的3d 轨道和个别B 原子提供. B3Ti和B7Ti 团簇中, B 原子表现为反铁磁性.     

BnTi(n=1-12)团簇的结构, 电子性质和磁性

利用密度泛函理论广义梯度近似方法得到了BnTi(n=1-12)团簇的基态结构, 并讨论了电子性质和磁性质. 结果表明, n≤5 时, BnTi 基态结构呈平面或准平面, n>5 时, Ti 原子倾向于与较多的B 原子成键而呈三维结构. 由二阶能量差分得出B3Ti, B5Ti, B10Ti 为幻数团簇. Mulliken 布居分析显示BnTi 团簇中电荷由Ti 原子向近邻B 原子转移且以共价键与离子键共存; 除BTi 磁矩为5 μB 外, 其余团簇磁矩处于0-2 μB 之间; 团簇总磁矩主要由Ti 原子的3d 轨道和个别B 原子提供. B3Ti和B7Ti 团簇中, B 原子表现为反铁磁性.     

ZnO晶体中Mn2+与Fe3+杂质中心的缺陷结构研究

用建立在强场图像和自旋轨道耦合机理的高阶微扰公式研究了ZnO晶体中Mn2+和Fe3+杂质中心的零场分裂.研究发现:Mn2+和Fe3+离子不能占据准确的Zn2+位置,而是沿c3轴方向各自位移一段距离ΔR.这些位移及与此相关的缺陷结构也为Newman叠加模型所证实 关键词： 零场分裂 ZnO晶体 晶格畸变 叠加模型     

外延压应变对BaTiO_3铁电体抗辐射性能影响的分子动力学研究

采用基于壳模型的分子动力学模拟方法,研究了存在外延压应变时BaTiO3铁电体的辐射位移效应,以O原子作为初冲原子(primary knock-on atom,PKA),能量为1 keV,方向为[001],分别计算了外延压应变为0,0.4%,0.8%,1.2%,1.6%,2.0%时体系的缺陷数量、分布,以及辐射前后的极化强度,比较了压应变为2%以及无应变下损伤区域、缺陷离位距离和反向外电场下PKA的迁移距离.结果表明,随外延压应变增加体系极化近似线性增加,辐射后极化降低幅度降低、缺陷产生的数量有所减小,2%压应变存在时缺陷原子的离位距离、PKA在反向外电场作用下的迁移距离和损伤区域都小于无应变的情况,说明外延压应变的存在对辐射造成的晶格损伤具有抑制作用,对辐射损伤具有改善作用,可以通过引入外延压应变来调控BaTiO3的辐射损伤.     

自旋-Peierls化合物GeCuO3电子结构的第一性原理研究

采用平面波赝势方法对自旋-Peierls化合物GecuO3的电子结构进行了第一性原理研究.计算结果表明:Cu2 的3d轨道自由度被冻结,未配对电子填充dx2-y2轨道.自旋向上和向下的x2-y2轨道间的交换劈裂导致了体系的绝缘性.费米能级附近的Cu 3d态与0(2)2p态存在很强的杂化作用,GeCuO3属于共价绝缘体.这种强共价性使得Cu2 的自旋磁矩偏离理想值,并且使得体系在Cu-O(2)-Cu键角接近90°情况下形成稳定的一维反铁磁(AFM)有序.计算得到GeCuO3不同自旋态的总能量,采用Noodleman的对称性破缺方法拟合出的自旋交换耦合常数表明GeCuO3沿c轴的一维AFM作用非常强,这是导致该体系在低温发生自旋一Peierls相变的根本原因.