体积应变对立方钛酸铅电子结构和光学性质的影响

本文利用第一性原理方法计算并分析了体积应变(-11%~11%)对立方顺电相PbTiO₃的结构、稳定性、电子结构和光学性质的影响。研究发现体积应变后PbTiO₃形成焓增大,稳定性下降,其中压应变对其稳定性的影响比拉应变大。当受到拉伸应变时,立方PbTiO₃由直接带隙半导体变为间接带隙半导体,且带隙随应变增大呈先增大后降低的趋势。在发生压应变时,从复介电函数、复折射率及吸收系数的分析结果可知,在自然光照下PbTiO₃的光吸收能力仅在个别波段有所增大,但总体呈减弱趋势,当产生拉伸应变时,介电峰、吸收峰红移,表明PbTiO₃在可见光范围内光吸收能力增强,并且当应变增大到11%时,PbTiO₃的吸收能力远高于本征立方相。     

高压下Ti_2AlX(X=C,N)的结构、力学性能及热力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了压力对Ti_2AlC与Ti_2AlN结构、力学性能的影响.研究发现压力的增大会使体系的体积比降低,Ti_2AlC压缩性较Ti_2AlN好.力学性能研究发现,压力的增大使材料抵抗变形能力增强,体系的延展性有了很大的提升,当压力超过40 GPa后,Ti_2AlC与Ti_2AlN从脆性材料转变为延性材料,体模量与剪切模量的比值达到1.75,延展性有了很大的提升.通过准谐德拜模型,分析了压力与温度对Ti_2AlC与Ti_2AlN体模量、热容及热膨胀系数的影响.结果表明,随着温度的升高,Ti_2AlN与Ti_2AlC的体模量下降.定容热容与定压热容的变化趋势相同,但在高温下,定容热容遵循Dulong-Petit极限,温度对热容的影响效果较压力明显.温度与压力对Ti_2AlN与Ti_2AlC线膨胀系数的影响主要发生在低温区域.     

硼氮掺杂对立方PbTiO3电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

钛酸铅(PTO)因具有优异的铁电、压电特性及光学性质而备受关注.但B、N掺杂对顺电相PTO电子结构和光学性质的影响还不明确,因此,利用第一性原理对立方PTO开展准确的性质预测尤为必要.本文采用广义梯度近似的PBE泛函(GGA-PBE)和杂化泛函(HSE06)研究了B、N替位掺杂(B_O、N_O)和O空位(V_O)对PTO的基态性质、电子结构和光学性质的影响.研究表明：贫氧态的PTO比富氧态更容易形成杂质缺陷,且N_O缺陷最难形成.当B_O、N_O缺陷存在时,PTO的价带顶和导带底向低能量方向移动,在两者之间出现杂质能级,使其导电性能提高且含B_O的PTO为间接带隙半导体,而含N_O的PTO为直接带隙半导体. N_O体系在波长大约为230 nm处有最大吸收峰,该峰主要源于O 2p和Ti 3d之间的电子跃迁,且N_O体系对可见光的吸收能力最强,有望提高PTO的光催化能力.