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.     

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.     

Ba0.5Sr0.5TiO3有序构型的第一性原理研究

采用第一性原理计算了Ba_0.5Sr_0.5TiO₃三种有序构型的晶格结构和对应的电子结构,晶格结构的详细分析结果表明BST{100}有序构型为四方相,Ti-O八面体中Ti原子和Ba-Sr平面上的O原子沿[100]方向分别偏心位移0.040 Å和0.065 Å,八面体畸变导致反平行自发极化出现,构型处于反铁电态. BST{110}构型也是四方相,并且(110)和(1 关键词： 钛酸锶钡 第一性原理 有序结构 铁电性     

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.     

钛酸锶钡精细结构的理论计算

在广义梯度近似(GGA)下,利用超软赝势平面波方法计算了不同Ba/Sr摩尔比BaxSr1-xTiO3(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.如在四方相Ba0.8Sr0.2TiO3中,Ti离子沿[001]方向发生了0.008 nm的偏心位移,从而表现出BST的铁电性.     

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.     

Co:BaTiO3纳米复合薄膜的制备及其结构

用脉冲激光沉积技术(PLD)在MgO(100)基底上生长了嵌埋Co纳米晶的BaTiO3复合薄膜. 分别利用x射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)以及拉曼光谱(Raman)对薄膜的微观结构、表面 形貌进行了表征. 结果表明该薄膜为c轴取向的四方晶体结构，薄膜表面均匀、致密、 具有原子尺度的光滑性，其均方根表面粗糙度(RMS)达到015nmCo以纳米晶形式嵌埋BaTi O3基体中，呈单分散性均匀分布，其粒径随激光脉冲数的增加而增大. Co：BaTiO3纳米 复合薄膜拉曼峰的强度随钴纳米晶粒径的增加明显减弱，但是峰的宽度逐渐增加. 关键词： Co：BaTiO3 纳米复合薄膜 脉冲激光沉积     

氮氢混合气氛退火中氢对Bi4Ti3O12铁电性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了在氮氢混合气氛中退火后Bi₄Ti₃O₁₂铁电性的退化机理. 分别计算了无氢、含氢模型中Ti沿c轴位移时体系总能量的变化,电子云密度分布,以及电子结构的总能态密度的变化. 结果表明含氢Bi₄Ti₃O₁₂铁电相Ti-O,Bi-O间的电子云重叠布居分布较无氢情况下变化明显,氢氧之间较强的轨道杂化使它们趋于形成共价键;晶格中氢氧键的 关键词： 氮氢混合气氛退火 铁电性 4Ti₃O₁₂')" href="#">Bi₄Ti₃O₁₂ 第一性原理     

YBa2Cu3O7－δ/SrNb0.01Ti0.99O3 p-n结的制备及其特性

采用脉冲激光沉积技术，在n型SrNb001Ti099O3(SNTO)单晶基片上生长p型YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜，制备出YBCO/SNTO p n结.YBCO薄膜是高度c轴织构的超导薄膜，且具有良好的超导电性.YBCO/SNTO p n结具有较好的整流特性和很好的温度与磁场稳定性. 关键词： YBa2Cu3O7-δ SrNb001Ti099O3 p n结     

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.     

N掺杂锐钛矿TiO2电子结构的第一性原理研究

为了研究N掺杂对锐钛矿型TiO₂电子结构的影响，进而揭示N掺杂导致锐钛矿型TiO₂的禁带宽度变小的机理，对N掺杂TiO₂进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究. 通过对能带、态密度及电子分布密度图的分析，发现在N掺杂后，N原子与Ti原子在导带区，发生了强烈的相互关联作用，致使Ti原子3d轨道上的电子向N原子2p轨道发生移动，使得导带降低了，从而使得TiO₂导带的禁带宽度变小.理论预测可以发生红移现象，与实验结果对比分析，理论与实验基本相符. 关键词： N掺杂 2')" href="#">锐钛矿型TiO₂ 电子结构     

金红石TiO_2中本征缺陷扩散性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的爬坡弹性带方法,对金红石相二氧化钛晶体中钛间隙、钛空位、氧间隙、氧空位4种本征缺陷的扩散特征进行了研究.对比4种本征缺陷在晶格内部沿不同扩散路径的过渡态势垒后发现,缺陷扩散过程呈现出明显的各向异性.其中,钛间隙和氧间隙沿[001]方向具有最小的扩散势垒路径,激活能分别为0.505 eV和0.859 eV;氧空位和钛空位的势垒最小的扩散路径分别沿[110]方向和[111]方向,激活能分别为0.735 eV和2.375 eV.     

First-principles study of polarization and piezoelectricity behavior in tetragonal PbTiO_3-based superlattices

Using first-principles calculation, the contribution of A-site and B-site atoms to polarization and piezoelectricity d33 in the tetragonal Pb TiO_3/KNbO_3 and PbTiO_3/LaAlO_3 superlattices is investigated in this paper. It is shown that PbTiO_3/KNbO_3 superlattice has larger polarization and d33 than PbTiO_3/LaAlO_3 superlattice, because there is stronger charge transfer between A(B)-site atoms and oxygen atom in PbTiO_3/KNbO_3 superlattice. InPbTiO_3/KNbO_3 superlattice,B-site atoms(Ti, Nb) make larger contribution to the total polarization and d33 than the A-site atoms(Pb, K) because of the strong covalent interactions between the transition metal(Ti, Nb) and the oxygen atoms, while piezoelectricity in PbTiO_3/LaAlO_3 superlattice mainly ascribes to piezoelectric contribution of Pb atom and Ti atom in PbTiO_3 component.Furthermore, by calculating the proportion of the piezoelectric contribution from Pb TiO_3 component in superlattices, we find there is different response of strain to piezoelectric contribution from Pb TiO_3 component in two superlattices but still with a value larger than 50%. InPbTiO_3/KNbO_3 superlattice, the c-axis strain reduces the proportion, especially under tensile condition. Meanwhile in PbTiO_3/LaAlO_3 superlattice, Pb TiO_3 plays a leading role to the total d33, especially under compressive condition, and the proportion decreases as the tensile strain increases.     

NMR evidence for the coexistence of order-disorder and displacive components in barium titanate

A quadrupole coupling induced 47Ti and 49Ti satellite background which transforms into well-defined satellite lines below T(c) in the ferroelectric phase has been observed in the cubic phase of an ultrapure BaTiO3 single crystal. The results demonstrate the coexistence of a displacive and order-disorder component in the phase transition mechanism and tetragonal breaking of the cubic symmetry due to biased Ti motion between off-center sites in the paraelectric phase above T(c).     

RhnAl(n=1-6)团簇结构和磁性的研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了RhnAl(n=1~6)团簇的结构和磁性。结果表明：Rhn-1Al和Rhn (n=2~7)团簇结构是相似的,结合能随团簇尺寸变化趋势一致,原子间的s,p,d轨道杂化使得RhnAl团簇更加稳定。几乎所有Rh原子都是电子受体,Al-Rh键长越小,Rh原子得电子就越多。团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献,Rh原子的4d轨道磁矩是Rh原子磁矩的主要部分。Al原子失去的电子越多,则其磁矩就相对越小。     

Rh_nAl(n=1～6)团簇结构和磁性的研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了Rh_nAl(n=1～6)团簇的结构和磁性.结果表明:Rh(_n-1)Al和Rh_n(n=2～7)团簇结构是相似的,结合能随团簇尺寸变化趋势一致,原子间的s,p,d轨道杂化使得Rh_nAl团簇更加稳定.几乎所有Rh原子都是电子受体,Al-Rh键长越小.Rh原子得电子就越多.团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献,Rh原子的4d轨道磁矩是Rh原子磁矩的主要部分.Al原子失去的电子越多,则其磁矩就相对越小.     

Resonant photoemission at the L3 absorption edge of Mn and Ti and the electronic structure of 1T-Mn0.2TiSe2

Resonant valence band x-ray photoelectron spectra (ResPES) excited near the 2p(3/2) core level energies, 2p x-ray photoelectron spectra (XPS) and L(3,2) x-ray absorption spectra (XAS) of Ti and Mn in single crystals of 1T-Mn(0.2)TiSe(2) were studied for the first time. The ionic-covalent character of the bonds formed by the Mn atoms with the neighboring Se atoms in the octahedral coordination is established. From the XPS and XAS measurements compared with the results of atomic multiplet calculations of Ti and Mn L(3,2) XAS, it is found that the Ti atoms are in the ionic state of 4 + and the Mn atoms are in the state of 2 +. In ResPES of Mn(0.2)TiSe(2) excited near the Ti 2p(3/2) and Mn 2p(3/2) absorption edges the Ti 3d and Mn 3d bands at binding energies just below the Fermi level are observed. According to theoretical calculations of E(k) the Ti 3d states are localized in the vicinity of the Γ point and the Mn 3d states are localized along the direction K-Γ-M in the Brillouin zone of the crystal.     

Structural,electronic,and magnetic properties of transition-metal atom adsorbed two-dimensional GaAs nanosheet

By using first-principles calculations within the framework of density functional theory,the electronic and magnetic properties of 3d transitional metal(TM) atoms(from Sc to Zn) adsorbed monolayer Ga As nanosheets(Ga As NSs) are systematically investigated.Upon TM atom adsorption,Ga As NS,which is a nonmagnetic semiconductor,can be tuned into a magnetic semiconductor(Sc,V,and Fe adsorption),a half-metal(Mn adsorption),or a metal(Co and Cu adsorption).Our calculations show that the strong p–d hybridization between the 3d orbit of TM atoms and the 4p orbit of neighboring As atoms is responsible for the formation of chemical bonds and the origin of magnetism in the Ga As NSs with Sc,V,and Fe adsorption.However,the Mn 3d orbit with more unpaired electrons hybridizes not only with the As 4p orbit but also with the Ga 4p orbit,resulting in a stronger exchange interaction.Our results may be useful for electronic and magnetic applications of Ga As NS-based materials.