(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xSrTiO3陶瓷的弛豫铁电性能

通过对（1-x）（K_0.5Na_0.5）NbO₃-xSrTiO₃（0≤x≤0.15）陶瓷的相组成、晶体结构和介电性能的研究发现,该陶瓷为单一的钙钛矿结构相.当x含量较小（x＜0.1）时为正交相结构,x≥0.1时转变为四方相结构.随着SrTiO₃掺杂量的增加,样品的致密度增加,样品由正常铁电相逐渐向弥散铁电相转变,且相 关键词： 弛豫铁电体 0.5Na_0.5）NbO₃铁电陶瓷')" href="#">（K_0.5Na_0.5）NbO₃铁电陶瓷 3掺杂')" href="#">SrTiO₃掺杂 相变温度     

K0.5Na0.5NbO3-LiSbO3-BiFeO3/CuFe2O4复合陶瓷的制备与磁电性能研究

采用传统的固相法制备了(1-x)(K_0.5Na_0.5NbO₃-LiSbO₃-BiFeO₃)-xCuFe₂O₄ (x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4) 磁电复合陶瓷, 并借助X射线衍射仪、扫描电镜和磁电耦合系数测试仪等对复合陶瓷的微结构和性能进行了分析. 结果表明, 复合陶瓷的K_0.5Na_0.5NbO₃-LiSbO₃-BiFeO₃和CuFe₂O₄物相之间发生了一定的离子相互扩散作用, 且两相的颗粒大小匹配性较好. 随着CuFe₂O₄含量增加, 复合陶瓷的压电系数从130 pC/N减小到30 pC/N, 饱和磁致伸缩系数从4.5×10^-6增加到12.4×10^-6左右, 磁电耦合系数表现出先增加后减小, 在x=0.3时获得最大的磁电耦合系数9.4 mV·cm^-1·Oe^-1. 关键词： 0.5Na_0.5NbO₃-LiSbO₃-BiFeO₃')" href="#">K_0.5Na_0.5NbO₃-LiSbO₃-BiFeO₃ 2O₄')" href="#">CuFe₂O₄ 磁电耦合     

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.     

压电材料Na0.5K0.5NbO3高压相变的拉曼光谱研究

Na_0.5K_0.5NbO₃是一种不含铅的新型压电材料。理解该物质在高压下的晶体结构变化,有助于深入认识并提高其材料的稳定性及压电性能。然而目前关于该物质在高压下的相结构演化过程还缺少实验研究。本工作采用基于金刚石对顶砧(DAC)的高压拉曼光谱技术,研究了Na_0.5K_0.5NbO₃的高压拉曼光谱特性与压致相变行为。研究发现Na_0.5K_0.5NbO₃在高压环境下由于NbO₆八面体的振动模式发生改变,会依次发生正交相到四方相和四方相到立方相的可逆相变过程,其相变压力分别为4.0～5.5 GPa和5.5～6.4 GPa。     

BaHf0.5Ti0.5O3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA）,利用第一性原理方法研究了BaHf_0.5Ti_0.5O₃的电子结构和光学性质.计算结果表明,BaHf_0.5Ti_0.5O₃是一种间接带隙半导体材料,其导带底主要由Ba、Hf和Ti的d态电子构成,价带顶则主要由O的p态、Hf和Ti的d态电子构成;理论计算的介电函数最高峰的峰位与实验结果吻合较好,相对误差小于4%;吸收系数最大峰值为2.43×10⁵cm^-1,且吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.01,能量损失峰出现在13.24 eV处.研究结果为BaHf_0.5Ti_0.5O₃光电材料设计与应用提供了理论依据.     

(K0.45Na0.55)NbO3无铅压电晶体的生长形态与介电性能研究

采用高温熔融法制备出了尺寸达5 mm×3 mm×1 mm的(K_0.45Na_0.55)NbO₃(KNN)无铅铁电晶体. XRD测试结果表明KNN晶体结构为纯的钙钛矿正交相结构,晶体的显露面为〈001〉结晶面. SEM显微结构分析表明晶体沿[001]方向呈现层状生长台阶,采用负离子配位多面体生长基元模型解释了晶体层状台阶的生长机理. 研究了晶体样品在室温至500 ℃温度范围内的介电性能,两个介电异常峰出现在240和405 ℃,分别对应正交铁电-四方铁电以及四方铁电-立方顺电相相变温度. 采用修正后的居里外斯定律研究了KNN晶体的介电弛豫特性,结果表明KNN晶体的介电弛豫特性接近于普通铁电体特征. 关键词： 0.45Na_0.55)NbO₃晶体')" href="#">(K_0.45Na_0.55)NbO₃晶体 无铅 晶体结构 介电性能     

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.     

K0.5Bi0.5TiO3—Na0.5Bi0.5TiO3系统铁电陶瓷相界的X射线研究

用X射线衍射方法测定了K_0.5Bi_0.5TiO₃—Na_0.5Bi_0.5TiO₃系统不同组分试样的点阵常数和相变温度,确定了四方-三方相界组成。给出了K_0.5Bi_0.5TiO₃和Na_0.5Bi_0.5TiO₃的多晶X射线衍射数据。 关键词：     

硅基外延OsSi2电子结构及光电特性研究

基于第一性原理密度泛函理论的赝势平面波方法,对Si（111）基外延稳定正交相OsSi₂的能带结构、态密度以及光电特性进行了研究.研究结果表明,Si（111）基外延稳定正交相的OsSi₂是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0.625 eV;其价带主要是由硅的3s,3p态电子和锇的5d态电子构成,导带主要由锇的5d态电子与硅的3s,3p态电子构成;其静态介电函数为15.065,折射率为3.85,吸收系数最大峰值为3.9665×10⁵cm^-1.利用理论计算的能带结构和态密度研究了Si（111）基外延稳定正交相OsSi₂的介电函数、折射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数的变化规律,为Si（111）基外延OsSi₂的应用提供了理论基础.     

β-Si3N4电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函的平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA)，计算了β相氮化硅(β-Si₃N₄)的电子结构和光学性质，得到的晶格常数、能带结构等均与实验结果较好符合.进一步还研究了β-Si₃N₄的光吸收系数以及禁带宽度随外压力的变化规律，为β-Si₃N₄材料在高压条件下的应用提供了理论参考. 关键词： β相氮化硅 电子结构 能带结构 光学性质     

立方相Na_(1/2)Bi_(1/2)TiO_3和K_(1/2)Bi_(1/2)TiO_3的电子结构和结构不稳定性的第一性原理比较研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法比较研究了Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构、离子位移势能面和Γ声子等性质.结果表明,Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构很相似,价带由O 2p电子态主导并包含部分Ti 3d和Bi 6p电子态,导带低能部分由Ti 3d空轨道构成;K取代Na后其Ti—O和Bi—O键的键强略有增加.两者的离子位移势能面也很接近,O离子的偏心位移对结构不稳定性起主导作用,且K取代Na后其作用增强.Γ声子都存在3个软模,分析表明软模主要来自O6基团的振动,K取代Na后A2u软模发生硬化.     

First-principles study of martensitic phase transformation of TiRh alloy

Geometric structures and atomic positions were studied with plane wave pseudo-potential method based on density functional theory for cubic, tetragonal, and monoclinic phases of TiRh alloy. Their phonon dispersion curves were obtained with frozen phonon method at harmonic approximation using density-functional perturbation theory. Our calculations revealed that both B2 and L1₀ phases are thermodynamically unstable. Jahn-Teller effect triggers the occurrence of Bain transformation from cubic to tetragonal phase, and then soft-mode phonon further leads to the transition from tetragonal to monoclinic phase on cooling. The monoclinic phase was predicted to be P2/m space group through atomic vibrational movement along [001] direction of virtual frequency modes of L1₀ phase. The temperature from B2 to L1₀ and then to P2/m were predicted to be about T=1100.53 K and T=324.48 K through free energy calculations with the electronic plus vibrational energy of formation, respectively, which is in good agreement with experimental observations.     

Co_(2~-)基Heusler合金Co_2FeAl_(1–x)Si_x(x=0.25,x=0.5,x=0.75)的结构、电子结构及热电特性的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Co_2FeAl_(1–x)Si_x(x=0.25, 0.5, 0.75)系列Heusler合金的电子结构、四方畸变、弹性常数,声子谱以及热电特性进行了计算研究.结果显示, Co_2FeAl_(1–x)Si_x系列合金的电子结构均为半金属特性,向下自旋态(半导体性)均呈现良好的热电特性,并且随着硅原子浓度的增加功率因子随之增加.计算的声子谱不存在虚频,均满足动力学稳定性条件,弹性常数均满足玻恩稳定性条件,机械稳定性均良好.随着晶格常数c/a的比值变化,体系的能量最低点均出现在c/a=1处,即结构稳定性不随畸变度c/a的变化而变化,说明不存在马氏体相变.此系列合金薄膜的电子结构呈现较高的自旋极化率,在替代浓度x=0.75时自旋极化率达到100%,且当x=0.75时薄膜在畸变度c/a=1.2时存在马氏体相变.随着晶格畸变度的改变,总磁矩也发生变化,且主要由Fe和Co两种过渡金属原子的磁矩变化所决定.     

Formation of optical waveguide in KNSBN crystal by low dose MeV H-ion implantation

The first H-ion implanted Cu-doped (K_0.5Na_0.5)_0.2(Sr_0.75Ba_0.25)_0.9Nb₂O₆ crystal planar waveguide is reported in this paper. Low dose MeV H ion implantation into a crystal of KNSBN has been used to fabricate the waveguide by generating a buried layer of lowered refractive index. Both TE and TM modes are observed. The reconstructed refractive index profiles in the waveguide are obtained using a parametrized index profile reconstruction method. The simulated results of TRIM show that the nuclear collision influences most the ordinary index profile, but in the region of the guide the extraordinary index profile may be related to the electronic energy loss.     

Possible ferrimagnetism and ferroelectricity of half-substituted rare-earth titanate: A first-principles study on Y0.5La0.5TiO3

Titanates with the perovskite structure, including ferroelectrics (e.g., BaTiO₃) and ferromagnetic ones (e.g., YTiO₃), are important functional materials. Recent theoretical studies predicted multiferroic states in strained EuTiO₃ and titanate superlattices, the former of which has already been experimental confirmed. Here, a first-principles calculation is performed to investigate the structural, magnetic, and electronic properties of Y half-substituted LaTiO₃. Our results reveal that the magnetism of Y_0.5La_0.5TiO₃ sensitively depends on its structural details because of the inherent phase competition. The lowest energy state is the ferromagnetic state, resulting in 0.25 μB/Ti. Furthermore, some configurations of Y_0.5La_0.5TiO₃ exhibit hybrid improper polarizations, which can be significantly affected by magnetism, resulting in the multiferroic properties. Because of the quenching disorder of substitution, the real Y_0.5La_0.5TiO₃ material with random A-site ions may exhibit interesting relaxor behaviors.     

VO2金属-绝缘体相变机理的研究进展

VO₂是一种热致相变金属氧化物. 在341 K附近, VO₂发生由低温绝缘体相到高温金属相的可逆转变, 同时伴随着光学、电学和磁学等性质的可逆突变, 这种独特的性质使得VO₂在光电开关材料、智能玻璃、存储介质材料等领域有着广阔的应用前景. 因此, VO₂金属-绝缘体可逆相变一直是人们的研究热点, 但其相变机理至今未有定论. 首先, 简要概述了VO₂相变时晶体结构和能带结构的变化情况: 从晶体结构来讲, 相变前后VO₂从低温时的单斜相VO₂(M)转变为高温稳定的金红石相VO₂(R), 在一定条件下此过程也可能伴随着亚稳态单斜相VO₂(B)与四方相VO₂(A)的产生; 从能带结构来看, VO₂处于低温单斜相时, 其d_//能带和π^*能带之间存在一个禁带, 带宽约为0.7 eV, 费米能级恰好落在禁带之间, 表现出绝缘性, 而在高温金红石相时, 其费米能级落在π^*能带与d_//能带之间的重叠部分, 因此表现出金属导电性. 其次, 着重总结了VO₂相变物理机理的研究现状. 主要包括: 电子关联驱动相变、结构驱动相变以及电子关联和结构共同驱动相变的3种理论体系以及支撑这些理论体系的实验结果. 文献报道争论的焦点在于, VO₂是否是Mott绝缘体以及结构相变与MIT相变是否精确同时发生. 最后, 展望了VO₂材料研究的发展方向.     

单层二硫化钼多相性质及相变的第一性原理研究

本文基于密度泛函的第一性原理,并引入范德瓦耳斯力修正,研究了单层二硫化钼2H,1T,ZT三种相的电学性质及相变原理.首先通过结构弛豫确定了三种相的几何结构,能带和态密度计算证实1T相具有金属性质,ZT相具有半导体性质,带隙为0.01 eV.然后结合变形势理论计算了2H和ZT相的迁移率,ZT相的迁移率高达104cm~2·V~(-1)·s~(-1),进一步拓展了单层二硫化钼的应用范围.最后通过对比三种相吸附锂原子结合能,计算2H-1T相变能量曲线,解释了引起二硫化钼相变的原因.本文的研究结果将对单层二硫化钼实验制备表征以及相关光电器件性能分析提供重要参考.     

Metal substrates-induced phase transformation of monolayer transition metal dichalcogenides for hydrogen evolution catalysis

Monolayer transition metal dichalcogenides can normally exist in several structural polymorphs with distinct electrical, optical, and catalytic properties. Effective control of the relative stability and transformation of different phases in these materials is thus of critical importance for applications. Using density functional theory calculations, we investigate the effects of low-work-function metal substrates including Ti, Zr, and Hf on the structural, electronic, and catalytic properties of monolayer MoS₂ and WS₂. The results indicate that such substrates not only convert the energetically stable structure from the 1H phase to the 1T'/1T phase, but also significantly reduce the kinetic barriers of the phase transformation. Furthermore, our calculations also indicate that the 1T' phase of MoS₂ with Zr or Hf substrate is a potential catalyst for the hydrogen evolution reaction.     

Pressure-induced phase transition and electronic properties of AlN nanowires: an ab initio study

The structural stability of AlN nanowires have been analyzed in wurtzite (B4), zincblende (B3), rocksalt (B1) and CsCl (B2) type phases using density functional theory based ab initio approach. The total energy calculations have been performed in a self-consistent manner using local density approximation as exchange correlation functional. The analysis finds the B4 type phase as most stable amongst the other phases taken into consideration and observes the structural phase transition from B4?→?B3, B4?→?B1, B4?→?B2, B3?→?B1 and B3?→?B2 at 42.7, 76.54, 142, 30.4 and 108.9?GPa respectively. Lattice parameter, bulk modulus and pressure derivatives of AlN nanowires have also been calculated for all the stable phases. The electronic band structure analysis of AlN nanowires shows a semiconducting nature in its B4, B3 and B1 type phases, whereas the B2 type phase is found to be metallic.