钛铁矿型六方相ZnTiO3的电子结构和光学性质

分别采用基于密度泛函理论(DFT)的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)方法对钛铁矿型六方相ZnTiO₃的电子结构进行了第一性原理计算, 并在局域密度近似下计算了六方相ZnTiO₃的光学性质, 并将计算结果与实验数据进行了对比. 结果表明, 在局域密度近似下计算得到的结构参数更接近实验数据. 理论预测六方相ZnTiO₃属于直接带隙半导体材料, 其禁带宽度(布里渊区Z 点)为3.11 eV. 电子态密度和Mulliken 电荷布居分析表明Zn―O键是典型的离子键而Ti―O键是类似于钙钛矿型ATiO₃ (A=Sr, Pb, Ba)的Ti―O共价键. 在50 eV的能量范围内研究了ZnTiO₃的介电函数、吸收光谱和折射率等光学性质, 并基于电子能带结构和态密度对光学性质进行了解释.     

闪锌矿MTe (M=Zn/Mg)的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似(GGA)平面波超软赝势(PP-PW)方法, 计算了闪锌矿型MTe (M=Zn/Mg)的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质. 同时采用杂化密度泛函调准了带隙. 结果表明, 立方相ZnTe和MgTe均为直接带隙半导体材料. 所得晶格参数、弹性常数及体模量与实验数据基本吻合. 由弹性常数推导出ZnTe、MgTe的德拜温度分别为758、585 K. 研究了MTe的复介电函数、折射率、反射率和能量损失系数等光学性质, 并基于电子能带结构和态密度对光学性质进行了解释.     

不同SnO2晶体结构的力学性能及电子结构

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法, 用广义梯度近似(GGA)PBE交换相关泛函, 对高压相变产生五种不同SnO2晶体结构的电子结构和力学性质进行了第一性原理计算. 计算结果表明, Pnam型SnO2的形成相对困难, 体模量较大, Pbca和Pnam型SnO2的维氏硬度值相差不明显. 不同晶体结构的带隙存在差异, 导带区域电子分布和弥散程度大于价带区域,局域性差. 五种SnO2晶体结构的价带部分约在-10 - 0 eV和-20 - -15 eV处, 主要贡献来自于O 2p、2s轨道. 光学性质计算表明, Pnam结构对紫外波段光的吸收最明显, 同时给出电子轨道跃迁规律.     

不同SnO2晶体结构的力学性能及电子结构

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,用广义梯度近似(GGA)PBE交换相关泛函,对高压相变产生五种不同 SnO2晶体结构的电子结构和力学性质进行了第一性原理计算.计算结果表明,Pnam型SnO2的形成相对困难,体模量较大,Pbca和Pnam型SnO2的维氏硬度值相差不明显.不同晶体结构的带隙存在差异,导带区域电子分布和弥散程度大于价带区域,局域性差.五种SnO2晶体结构的价带部分约在-10-0 eV和-20--15 eV处,主要贡献来自于O2p、2s轨道.光学性质计算表明,Pnam结构对紫外波段光的吸收最明显,同时给出电子轨道跃迁规律.     

重费米子化合物LiV2 O4电子结构的第一性原理研究

用第一性原理的FP-LMTO能带计算方法研究了重费米子化合物LiV2O4的电子结构.结果表明:费米面附近的导带是由V原子的3d电子形成的宽度为2.5eV的窄能带,是3d态在立方晶体场中具有t2g对称性的子带;它与O的2p轨道构成的能带有近1.9eV的能隙.计算得出的费米能处电子态密度和线性电子比热系数分别是11.1 states/eV f.u.和26.7 mJ/molK2.费米面处的能带色散具有电子型和空穴型两种,呈现出一种复杂的费米面结构.LSDA以及LDA+GGA计算表明, LiV2O4有一个磁矩为每个钒原子1.13μB,总能比LDA基态低约148 meV/f.u.的铁磁性基态.由目前的能带结构计算的结果无法确定这一类Kondo体系的局域磁矩的来源,表明这一化合物中的重费米子行为可能有别于在含有4f和5f稀土的重费米子合金中观察到的局域磁矩与传导电子的交换作用机制,其中存在量子相变的可能.     

简单晶格的簇—Bethe格模型

以局域作用为出发点, 用簇—Bethe格子模型讨论了固体定域态密度的定域环境的特征. 示范计算了体心立方、面心立方和简单立方三种格子的稳定化能. 结果表明, 电子半充满时, 体心立方是最稳定的结构, 从而在拓扑近似下解释了第Ⅰ主族和第Ⅳ副族单质的晶体结构.     

聚偏二氟乙烯晶体的电子结构和光学性质

利用含Tkatchenko-Scheffler(TS)色散修正的密度泛函理论的第一性原理方法对九种聚偏二氟乙烯(PVDF)晶相的电子结构和光学性质进行了计算.结果表明,PVDF晶体作为一种绝缘体,能带具有密集且平直等特征,其带隙值在6.05-7.34 eV之间,且和实验值接近.价带主要是F原子的2s和2p态起主要贡献,导带主要由C原子的2p态和H原子的1s态共同参与构成.在0-35 eV光子能量范围内,介电函数、吸收率、反射率和折射率等光学性质发生变化主要在深紫外区域.根据介电函数等光学参数的谱特点,可以将九种PVDF的晶相划分为{Ip},{IIpu},{IIau,IIad,IIpd,IIIpu},{IIIau,IIIad,IIIpd}等四类,每一类都具有相似的光学参数特点.     

高压相BeO晶体的电子结构和光学性质

应用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,考虑广义梯度近似(GGA)下的交换关联势,模拟计算了高压下纤维锌矿(WZ)、闪锌矿(ZB)和岩盐(RS)结构氧化铍(BeO)晶体的电子结构和光学性质等.计算结果表明,随着压力的增加,同种结构下原子间的键长和电荷转移有所减小,并且价带和导带分别向低能和高能方向移动,禁带展宽.与常压下的BeO相比,随着压力的增加,三种结构的BeO晶体的光学性质有一定的变化,介电函数、吸收系数、折射率以及电子能量损失谱曲线出现更多的精细结构,峰的数量增多;各高压相结构的吸收谱和能量损失谱宽度逐次展宽;吸收系数曲线的吸收峰及其位于低能区域的吸收边以及电子能量损失谱峰的位置均发生一定程度的蓝移.     

In2O3电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了In2O3电子结构和光学线性响应函数, 系统研究了In2O3电子结构与光学性质的内在关系. 利用计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的In2O3材料的能量损失函数、介电函数、反射图谱, 根据电荷密度差分图分析了In2O3材料的化学和电学特性. 研究结果表明In2O3光学透过率在可见光范围内高达85%, 可作为优异的透明导电薄膜材料. 同时, 计算结果为我们制备基于In2O3透明导电材料的设计与大规模应用提供了理论依据, 也为监测和控制这一类透明导电材料的生长过程提供了可能性.     

In2O3电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了In2O3电子结构和光学线性响应函数, 系统研究了In2O3电子结构与光学性质的内在关系. 利用计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的In2O3材料的能量损失函数、介电函数、反射图谱, 根据电荷密度差分图分析了In2O3材料的化学和电学特性. 研究结果表明In2O3光学透过率在可见光范围内高达85%, 可作为优异的透明导电薄膜材料. 同时, 计算结果为我们制备基于In2O3透明导电材料的设计与大规模应用提供了理论依据, 也为监测和控制这一类透明导电材料的生长过程提供了可能性.     

钛酸铅和钛酸钡振动性质及铁电相变的密度泛函理论研究

采用密度泛函赝势的方法, 研究了不同晶相的钛酸铅和钛酸钡的振动模式. 没有发现钛酸铅存在低温相变的证据, 而钛酸钡则存在四方-正交和正交-三角铁电相变. 振动频率随四方应变的变化关系表明, 随着四方应变的增大, 软模的频率增大, 在某一个临界点, 不稳定的软模转变为稳定的振模. 由于钛酸铅具有较大的四方应变, 使得其能够在四方相稳定下来, 而钛酸钡较小的四方应变是其仍能够发生低温铁电相变的一个重要原因.     

PbxSr1-xTiO3的电子结构

在广义梯度近似下, 采用基于密度泛函理论框架下的超软赝势平面波和虚拟晶体近似方法, 计算了不同Pb/Sr摩尔比的PbxSr1-xTiO3(PST)固溶体的精细结构, 确定了A位离子在铁电相的平衡构型. 利用虚拟晶体近似方法分别计算了摩尔比x为0.6、0.7的PbxSr1-xTiO3精细结构. 结果表明, 在钛酸锶铅固溶体中, 随着Pb的摩尔比增大, 晶胞体积膨胀, c/a值增大. 当0.6相似文献   

Theoretical Study of La , Ca modified and Pure PbTiO_3 Nanocrystals

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＢｏｔｈｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅｌｏｗ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄＰｂＴｉＯ３ａｎｄｐｕｒｅＰｂＴｉＯ３ｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｈｏｐｅｄｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒ－ｔｉｅｓｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｓｏｍｅｒｅｓｐｅｃｔｓｂｙｍｅａｎｓｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｄｅｓｉｇｎｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｎｕｍｅｒｏ…     

Enhancing effect of Sn doping for the optical absorption of BaO/BaTiO3 interphase by first principles calculations

A narrow bandgap and high optical absorption are significantly important for the development of ferroelectric photovoltaic (FE-PV). Nine lateral interface structures, which consist of Sn-doped BaO (BSO) and BaTiO₃ (BTO), are constructed in this work. The bandgap of BSO/BTO decreases to 1.20 eV from 2.46 eV of BTO based on first principles calculations. The electronic structures show that the Sn doping plays a very important role for the bandgap decrease of BaO/BTO. The optical adsorption coefficient of BSO/BTO remarkably increases compared with that of BTO.     

纳米晶钛酸钡的Sol-gel法制备及其尺寸效应

采用sol-gel法制备了不同粒径的钛酸钡（BT）纳米晶粉. XRD、Raman光谱和DSC测试结果显示,随着退火温度的升高，晶粒长大，晶胞的a轴逐渐减小， c轴逐渐增大.粒径在54 nm左右时，钛酸钡由顺电立方相向铁电四方相结构转变，在立方-四方相变过程中，晶胞略微膨胀.随着粒径的减小，正交-四方相变温度升高，四方-立方相变温度降低， Raman谱峰降低和宽化，粒径为38 nm左右时四方相的特征峰消失.     

Rapid bioenabled formation of ferroelectric BaTiO3 at room temperature from an aqueous salt solution at near neutral pH

A 12-mer peptide, identified through phage display biopanning, has been used for the first time to induce the rapid formation of ferroelectric (tetragonal) nanocrystalline BaTiO3 at room temperature from an aqueous salt precursor solution at near neutral pH. BaTiO3 is widely used in capacitors, thermistors, displays, and sensors owing to its attractive dielectric, ferroelectric, pyroelectric, optical, and electrochemical properties. Two 12-mer peptides (BT1 and BT2) were selected from a phage-displayed peptide library via binding to tetragonal BaTiO3 powder. While these peptides possessed various types of amino acids, 8 of the 12 amino acids were common to both peptides. Each of these peptides induced the formation of faceted nanoparticles (50-100 nm diameter) from an aqueous precursor solution. X-ray diffraction and selected area electron diffraction patterns obtained from these faceted nanoparticles were consistent with the BaTiO3 compound. Rietveld analyses of the X-ray diffraction patterns yielded good fits to tetragonal crystal structures, with the BaTiO3 formed in the presence of the BT2 peptide exhibiting the most tetragonal character. A coating of the latter BaTiO3 nanoparticles exhibited polarization hysteresis (a well-known characteristic of ferroelectric materials) at room temperature and a relative permittivity of 2200. Such rapid, peptide-induced precipitation at room temperature provides new opportunities for direct BaTiO3 formation on low-melting or reactive materials (e.g., plastics, cloths, bio-organics) and the low temperature integration of BaTiO3 into electronic devices (e.g., on silicon or flexible polymer substrates).     

Cell Volume Effect on the Ferroelectric Stability of Perovskite Oxides PbTiO3 and BaTiO3 from First Principle Calculation

Electronic structure of ferroelectric PbTiO3 and BaTiO3 is calculated by the full potential linearized augmented plane wave method. The total energy as a function of the displacement of Ti-cation is obtained for PbTiO3 and BaTiO3 at different cell volumes. At experimental cell volume, Ti-displacement lowers the total energy and the ferroelectricity is stable. When the cell volume is reduced to 90%, total energy is increased with Ti-displacement and ferroelectricity will disappear. The cell volume effect is also confirmed by comparison of the density of states of Ti and O at different cell volumes.     

Bax Sr1-x TiO3 精细结构的第一性原理研究

In order to study the changing process of Barium strontium titanate (BaxSr1-xTiO3, BST) from cubic phase to the tetragonal phase with Ba doping and the ferroelectric characteristic of BST, the total energy of BST with different mole ratio of Ba/Sr when Ba doped was calculated and the fine structure determined, based on general gradient approximation, by means of ultrasoft pseudopotentials plane wave method. It is demonstrated that in BST, the cell volume expands and the value of c to a increases when Ba doped, which cartributed to the separation of positive and negative ions and self polarization. The tetragonal Ba0.8Sr0.2TiO3 behaved as ferroelectric when the off center displacement of Ti was up to 8 pm along \001\ direction.     

Structural,elastic, electronic and optical properties of the cubic perovskite BiAlO3

We report first-principles study of structural, elastic, electronic and optical properties of the cubic perovskite-type BiAlO₃ using the pseudopotential plane waves method within the local density approximation. The calculated structural parameters are in good agreement with previous calculations. The elastic constants and their pressure dependence are calculated using the static finite strain technique. A linear pressure dependence of the elastic stiffness is found. Band structures show that BiAlO₃ has an indirect band gap between the occupied O 2p and unoccupied Bi 6p states. The density of states and Mulliken charge populations analysis shows that Al–O and Bi–O bonds are covalent with a strong hybridization. The variation of the gap versus pressure is well fitted to a quadratic function and an indirect to direct band gap transition occurs at 15.5 GPa. Furthermore, in order to understand the optical properties of BiAlO₃, the dielectric function, absorption coefficient, refractive index, extinction coefficient, optical reflectivity and electron energy loss are calculated for radiation up to 30 eV.