四方铁电体PbFe0.5Nb0.5O3精细结构的第一性原理研究

采用全电势线性缀加平面波法(FPLAPW),计算了PbFe0.5Nb0.5O3的总能量,从而确定了它的四方铁电稳态结构,即B位离子(Fe和Nb)在四方铁电相的平衡构型.计算结果表明,Fe相对于氧八面体沿[001]方向的位移为0.022nm,而Nb的偏心位移为0.0020nm,其中铁电非稳性主要归因于前者 关键词： 铁电体 密度泛函理论 平面波法     

四方和正交以及单斜相K0.5Na0.5NbO3的结构稳定性和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理超原胞方法和虚晶近似方法, 在局域密度近似和广义梯度近似下, 对四方和正交以及单斜相K_0.5Na_0.5NbO₃的能量和原子结 构以及电子结构进行了系统的研究. 计算结果表明三种K_0.5Na_0.5NbO₃相的能量差别较小, 这与实验上它们之间容易发生相转化是一致的. 进一步发现单斜相的能量比四方相和正交相低, 说明单斜相结构更加稳定, 并且理论计算的结构参数与实验值符合得很好. 电子结构结果也表明单斜相的键合作用比四方相和正交相键合作用更强, 进一步说明单斜相结构更加稳定. 关键词： 铌酸钾钠 四方相 单斜相 密度泛函理论     

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.     

Ni3(Tix,V1-x)合金系中的长周期结构

本文利用电子衍射及高分辨点阵象实验方法证实了Ni₃(Ti_x,V_1-x)合金系在铸态下存在有9R,10H,16H,20H,21H,44H等长周期结构以及2H结构。它们与体心四方基体相(结构与Ni₃V相同)及六角基体相(结构与Ni₃Ti相同)有固定取向关系:{001}_长周期∥{001}_(Ni3Ti)∥{112}_{Ni3V);〈100〉长周期∥〈100〉(Ni3Ti)∥〈110〉(Ni3V)。样品经长期高温退火处理后其它长周期结构均向9R结构转变。 关键词：}     

Bi0.5Ca0.5Mn1-xCoxO3体系中的电荷有序和相分离

利用固相反应法制备了Bi_0.5Ca_0.5Mn_1-xCo_xO₃(0≤x≤0.12)系列多晶样品.研究了Co掺杂对Bi_0.5Ca_0.5MnO₃电荷有序的影响.结果表明,Co掺杂导致电荷有序相逐渐融化、铁磁相互作用的增强;当x≥0.08时,电荷有序转变峰完全消失,但残留的反铁磁电荷有 关键词： 钙钛矿锰氧化物 电荷有序 团簇玻璃 相分离     

(GaAs)1(AlAs)1(001)超晶格与闪锌矿结构Ga0.5Al0.5As合金虚晶能带的对应性

基于线性丸盒轨道原子球近似(LMTO-ASA)数值计算,比较(GaAs)₁(AlAs)₁(001)超晶格与闪锌矿结构Ga_0.5Al_0.5As合金虚晶能带本征态,发现它们可以用Ⅲ价和Ⅴ价原子平面的分波态进行统一描述,用这种方法详细分析超晶格与闪锌矿结构合金在布里渊区Γ,M(X)和R(L)诸点主要能带本征态之间的对应关系,讨论了超晶格布里渊区能带折叠对本征态的影响。 关键词：     

立方(Ba0.5Sr0.5)TiO3高压诱导带隙变化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算研究了 (Ba_0.5Sr_0.5)TiO₃ (BST) 晶体在高压下的电子结构及能带变化行为. 研究结果发现,随着压强的增加,BST能带间隙先增加,在压强为55 GPa时达到最大值,然后减小,这些有趣的结果将有助于开发与设计新的BST铁电器件. 进一步地,通过电子态密度和密度分布图的研究分析可知:在低压区域(055 GPa),则是出现的离域现象占主导(电子的离域作用超过键态的作用),从而使带隙减小. 关键词： 钛酸锶钡 第一性原理 高压 能带间隙     

Si,GaAs和LiNbO3单晶的堵塞效应

我们利用背散射方法得到Si,GaAs和LiNbO₃单晶堵塞图,以及GaAs单晶{110},{100}和{112}面堵塞半角ψ_1/2值.并得到因离子注入受损伤Si片{110}面堵塞坑深度随注入剂量增加而变浅的结果。作为对实验装置和方法的检验,我们也得到了Si单晶堵塞图和测量了Si单晶{110},{111}和{100}晶面堵塞半角ψ_1/2值。 关键词：     

Ba0.5Sr0.5TiO3电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理研究了Ba_0.5Sr_0.5TiO₃的能带结构和光学性质.结果表明,导带和价带都来源于钛原子3d轨道和氧原子2p轨道的杂化.导带主要由钛原子的3d轨道贡献,价带主要由氧原子的2p轨道贡献.吸收系数为10⁵ cm^-1量级,且吸收主要集中在低能区.折射率为n（0）=2.1,结果与实验符合. 关键词： 第一性原理 能带结构 光学性质     

Ba1-xSrxTiO3及Ba0.6-xPbxSr0.4TiO3陶瓷的制备和介温特性研究

用固相反应法制备了Ba_1-xSr_xTiO₃(BST)及Ba_0.6-xPb_xSr_0.4TiO₃(BPST)陶瓷,通过XRD,FESEM和拉曼谱分析了Pb掺杂对Ba_0.6Sr_0.4TiO₃样品的晶格、相变及表面形貌的影响.测试了BST及B 关键词： BST BPST 弥散相 介温特性     

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.     

First-principles study on the structure instability and electronic structure of cubic Ba0.5Sr0.5TiO3

We present first-principles calculations on the structure instability and the electronic structure properties of cubic Ba_0.5Sr_0.5TiO₃ (BST). The calculated total energy result shows that the Sr ions have a more important effect on the structure instability of BST system than the Ba ions. The off-center displacement of the Sr ions will lower the system energy and makes it instable. In order to understand the interaction between ions, the density of states and the charge density distribution were calculated. From the analysis of the density of states, we conclude that the hybridization between Ba p and O p is stronger than that between Sr p and O p. This is consistent with the analysis of the charge density distribution.     

三方和四方相PbZr0.5Ti0.5O3 的结构稳定性和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理超原胞方法和虚晶近似方法, 在局域密度近似和广义梯度近似下系统研究了三方相和四方相 PbZr_0.5Ti_0.5O₃的能量稳定性、原子结构以及电子结构. 计算结果表明三方相的能量比四方相低, 说明三方相结构更加稳定, 并且发现利用广义梯度近似计算的结构参数与实验值符合得更好. 电子结构表明, 两种相的Ti/Zr的3d电子和O的2p电子间存在明显的轨道杂化, 并且Ti-O之间的作用比Zr-O作用更强;Pb的6s和5d电子与O的2s和2p电子也分别存在轨道杂化. 而三方相中Pb的5d电子与O的2s电子杂化比四方相更强, 进一步说明三方相比四方相结构更加稳定.     

Bax Sr1-x TiO3 精细结构的第一性原理研究

为了研究钛酸锶(SrTiO3,ST)中随Ba的掺入,其晶体从顺电相到铁电相的变化过程及四方相钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3,BST)的铁电性.在广义梯度近似下,利用超软赝势平面波方法计算了不同Ba/Sr摩尔比BST的总能量,确定了BST的精细结构.结果表明,在钛酸锶晶体中,随着Ba的掺入,晶胞体积膨胀, c/a比值增大,有利于晶体结构中正负离子的分离和自发极化的产生.在四方相Ba0. 8Sr0. 2TiO3 中, Ti离子沿[001]方向发生了8pm的偏心位移,从而表现出四方相BST的铁电性.     

K(Ta0.56Nb0.44)O3四方铁电结构的第一性原理研究

在广义梯度近似(GGA)下利用全电势线性化的缀加平面波法(FLAPW)的总能量计算,确定了K(Ta_0.56Nb_0.44)O₃固溶体的四方精细结构,即B位离子(Ta和Nb)在铁电相的平衡构型.结果表明,Ta相对于氧八面体沿[001]方向有约为0005nm的偏心位移,而Nb的偏心位移约为0016nm,铁电非稳的发生主要应归因于后者. 关键词：     

Order-disorder phase transition in ZrV2D3.6

The deuterated C15-type Laves phase ZrV₂D_3.6 undergoes a structural phase transition near room temperature (T ≈ 325 K). In the cubic high-temperature phase the deuterium atoms are disordered over two types of tetrahedral interstices, the centres of which are 1.3 Å apart. In the tetragonal low-temperature phase the D atoms are ordered and occupy only the energetically more favourable interstices. The tetragonal structure is isotypic with the low-temperature phase of HfV₂D₄. The shortest D—D distance is 2.1 Å.     

The first-principles study of ferroelectric behaviours of PbTiO3/SrTiO3 and BaTiOn/SrTiO3 superlattices

We have performed the first-principles calculation to investigate the origins of ferroelectricities and different po- larization behaviours of superlattices BaTiO3/SrTiO3 and PbTiO3/SrTiO3. The density of state （DOS） and electronic charge profiles show that there are strong hybridizations between atoms Ti and O and between atoms Pb and O which play very important roles in producing the ferroelectricities of superlattices BaTiO3/SrTiO3 and PbTiO3/SrTiO3. Ow- ing to the decline of internal electric field in SrTiO3 （ST） layer, the tetragonality and polarizations of superlattices decrease with increasing the fraction of SrTiO3 in the superlattices. We find that the polarization of PbTiO3/SrTiO3 is largerthan that of BaTiO3/SrTiO3 at the same ratio of components, because the polarization mismatch between PbTiO3 and SrTiO3 is larger than that between BaTiO3 and SrTiO3. The polarization and tetragonality are en- hanced with respect to those of bulk tetragonal BaTiO3 in the superlattices BaTiO3/SrTiO3, while the polarization and tetragonality are reduced with respect to those of bulk tetragonal PbTiO3 in superlattices PbTiO3/SrTiO3.     

Structural models of the reconstructed W{001} surface

A LEED intensity analysis of 5 beams from the low-temperature W{001}c(2×2) structure indicates that the surface reconstruction involves shifts of the surface atoms along 〈110〉 directions within the plane of the surface, as suggested by Debe and King. At temperatures 100–140K the shifts are in the range 0.15–0.3 Å, with the first interlayer spacing 1.48–1.58 Å (bulk value 1.58 Å). Similar analysis of the room-temperature W{001}c(2×2)-H phase indicates: (i) none of the models proposed, which ascribe the c(2×2) structure directly to ordered hydrogen adsorption, can explain the experimental data; (ii) the W{001}c(2×2)-H structure is probably impurity stabilized by H at room temperature in the same W lattice as the low-temperature reconstructed phase.     

钛酸铋钡陶瓷的介电性、铁电性及对晶格结构的依赖性

采用溶胶-凝胶工艺成功制备出BaBi₄Ti₄O₁₅微细粉料，并利用此微粉烧结出成瓷良好的BaBi₄Ti₄O₁₅陶瓷.研究了BaBi₄Ti₄O₁₅陶瓷的铁电 顺电相 变，测定了BaBi₄Ti₄O₁₅的介 电特性和饱和状态下的铁电特性.所作测量表明B 关键词： 铁电性 介电性 晶格结构 溶胶 凝胶法     

Thermal faceting of the rutile TiO2(001) surface

Temperature dependent faceting of rutile TiO₂ surfaces cut to the (001) plane has been reported [Tait and Kasowski, Phys. Rev. B20 (1979) 5178]. By comparing LEED data to beam positions calculated for various sets of facet planes, the facet planes have been identified. The first ordered structure observed on annealing ion bombarded surfaces is composed of {011} facets with the facet planes in a (2 × 1) reconstruction. The high temperature structure produced on annealing above 1300K is best described as {114} facets; however, there are deviations of the observed LEED pattern from that calculated for {114} facets, possibly because of the presence of related planes. LEED data have now been obtained on the behavior of (110), (100), (011), (114), and (001) surfaces in UHV. The observed stability of TiO₂ surfaces can be related to the Ti ion coordination numbers in the surface plane as derived from stoichiometric terminations of the rutile lattice.