FeVO_4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方法研究了三斜结构FeVO_4的结构,基态的能带结构、总态密度和分波态密度.将FeVO_4非共线的螺旋磁结构简化为六种不同的反铁磁结构,通过比较不同自旋构型的总能确定了基态磁结构.能带计算和总态密度结果均显示FeVO_4是能隙为2.19 e V的半导体,与实验结果相符.考虑Fe原子的在位库仑能,FeVO_4的能带结构和态密度都发生变化,说明FeVO_4晶体是一个典型的强关联电子体系.     

第一性原理研究Mn和Cu掺杂六钛酸钾(K_2Ti_6O_(13))的电子结构和光学性质

六钛酸钾(K_2Ti_6O_(13))是宽带隙半导体光催化材料,只能响应波长较短的紫外光.为了使K_2Ti_6O_(13)对可见光响应,本文采用第一性原理方法,研究过渡金属Mn和Cu掺杂改性后K_2Ti_6O_(13)的电子结构和光学性质.计算结果表明:Mn,Cu掺杂后K_2Ti_6O_(13)禁带中出现了杂质能级,这些杂质能级由O 2p和Ti 3d与Mn 3d或Cu 3d态杂化而成.对于Mn掺杂的K_2Ti_6O_(13),其带隙值变小,位于能带中间的杂质能级可作为电子跃迁的桥梁,从而实现了对可见光的吸收.对于Cu掺杂的K_2Ti_6O_(13),其带隙值虽略有增大,但是若考虑将与价带相连的杂质能级,带隙值将大大减小,且此杂质能级可抑制光生载流子的复合,使得掺杂后K_2Ti_6O_(13)吸收带边红移至可见光区并在可见光范围内吸收强度明显增强.总的而言,Mn,Cu的掺杂实现了钛酸钾对可见光的吸收,同时Cu掺杂的效果要优于Mn掺杂的效果.研究结果对K_2Ti_6O_(13)在光催化领域上的应用具有重要的意义.     

先兆型铁电体CaTiO3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 (FPLAPW )计算了钛酸钙 (CaTiO3 )的电子结构 .将实验测得的晶胞体积记为V0 ,计算中所用的晶胞体积记为V .当V/V0 =1.0时 ,Ti离子位移为零相应于总能量低能态 ,钛酸钙不会发生铁电相变 .但如果其体积膨胀 10 % ,则Ti离子的位移将导致能量极小值 .这意味着在立方钛酸钙中有发生铁电相变的趋势 ,表明在钛酸钙中存在着体积诱发的铁电相变 ,即钛酸钙为先兆型铁电体 .态密度在V/V0 =1.1时 ,Tid电子和O(2 ) p电子之间存在强烈的轨道杂化 ,这种杂化是出现铁电性的必要条件 .电场梯度的结果也表明了这一点 .     

高压下LiNbO_3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO_3晶体态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO_3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收函数,能量损失函数以及光电导率.研究发现:外界压强大于10GPa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生"蓝移".研究表明,外界高压可以有效调控LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO_3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下LiNbO3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO3晶体波态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收系数,能量损失函数以及光电导率. 研究发现：外界压强大于10Gpa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生“蓝移”.研究表明,高压可以有效调控LiNbO3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

A-La2O3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算A-La2O3的电子结构和光学性质.结果表明,A-La2O3,属于间接带隙氧化物,禁带宽度为3.72 eV;其价带主要由La的5s,5p和6s态电子以及O的2s和2p态电子构成,导带主要由La的5d态电子构成.经带隙校正后,计算得到A-La2O3在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、吸收光谱、反射光谱、损失函数和光电导谱.结果表明,A-La2O3,在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,并且具有从近紫外到红外的透明区域,为A-La2O3,的应用提供了理论依据.     

蛋白质分子电子结构的第一性原理从头计算

蛋白质分子电子结构的计算对生命科学和计算机药物设计有重要的科学意义和应用价值,但对计算方法和计算机也是巨大的挑战。团簇埋入自治计算法是近年来发展起来的“第一性原理”、从头计算法。它采用局域化无相互作用单电子模型,结合“分块－合拢”技术,使计算量大大减少。最近,应用该方法,对一个真实蛋白质分子（南瓜种子中的胰蛋白酶抑止因子ＣＭＴＩ－Ｉ）电子结构的首次“第一性原理”、全电子、全势场、从头计算获得成功。表明生物大分子电子结构的计算在现有计算机条件下已成为现实,使从本质上揭开生命奥秘成为可能。本介绍了上述计算的基本理论、方法和结果。     

PrB6电子结构及光学性能的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,系统研究了稀土PrB6的电子结构、自旋极化态密度和光学性质,并在此基础上预测了PrB6薄膜的太阳辐射屏蔽性能。研究发现：PrB6属于金属导体材料,其费米面附近的能带主要由B的2p和Pr的4f层的电子态构成;PrB6对近红外辐射具有较高的反射率和较强的吸收;PrB6薄膜的理论透过率曲线在可见光区呈“吊铃”型分布,其不仅具有较好的可见光透过率而且对紫外和近红外辐射具有较强的屏蔽性能。此研究结果将为PrB6光电材料的设计和应用提供理论依据。     

第一性原理研究BaTiO3(001)表面的电子结构

在密度泛函理论的基础上,采用平面波赝势方法计算了立方相BaTiO3(001)表面的电子结构.结构优化表明最表层原子都向体内弛豫,且金属原子弛豫幅度最大,同时各层层间距变化呈交错分布.对两种表面结构的总能计算发现TiO:表面稳定性比BaO表面弱,一方面是由于TiO2表向结构中存在O-2p表面态,使价带和导带中电子态向高能区域偏移.另一方面,TO2表面附近Tj-O共价键存在强弱差异,有利于发生表面吸附.而在BaO表面结构中,最表层BaO的存在消除了这种差异,因而其表面稳定性较强.     

PrB6电子结构及光学性能的第一性原理研究

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,系统研究了稀土PrB6的电子结构、自旋极化态密度和光学性质,并在此基础上预测了PrB6薄膜的太阳辐射屏蔽性能。研究发现：PrB6属于金属导体材料,其费米面附近的能带主要由B的2p和Pr的4f层的电子态构成;PrB6对近红外辐射具有较高的反射率和较强的吸收;PrB6薄膜的理论透过率曲线在可见光区呈“吊铃”型分布,其不仅具有较好的可见光透过率而且对紫外和近红外辐射具有较强的屏蔽性能。此研究结果将为PrB6光电材料的设计和应用提供理论依据。     

多孔未极化Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷单轴压缩力学响应与相变

通过添加造孔剂的方法制备了四种不同孔隙率未极化PZT95/5铁电陶瓷. 采用非接触式的数字散斑相关性分析(digital image correltation, DIC)全场应变光学测量技术, 对多孔未极化PZT95/5 铁电陶瓷开展了单轴压缩实验研究, 讨论了孔隙率对未极化PZT95/5铁电陶瓷的力学响应与畴变、相变行为的影响. 多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的单轴压缩应力-应变关系呈现出类似于泡沫或蜂窝材料的三阶段变形特征, 其变形机理主要归因于畴变和相变的共同作用, 与微孔洞塌缩过程无关. 多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的弹性模量、压缩强度都随着孔隙率的增加而明显降低, 而孔隙率对断裂应变的影响较小. 预制的微孔洞没有改善未极化PZT95/5铁电陶瓷材料的韧性, 这是因为单轴压缩下未极化PZT95/5铁电陶瓷的断裂机理是轴向劈裂破坏, 微孔洞对劈裂裂纹传播没有起到阻碍和分叉作用. 准静态单轴压缩下多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷畴变和相变开始的临界应力都随着孔隙率的增大而呈线性衰减, 但相变开始的临界体积应变却不依赖孔隙率.     

Modification of ferroelectric hysteresis in Pb(Nb,Zr,Ti)O3 thin films induced by CO2 adsorption

We report on the modification of ferroelectric hysteresis in Pb(Nb,Zr,Ti)O₃ thin films under the adsorption of CO₂ gas. The samples were exposed to the gas in ultra high vacuum while different voltages between the top (Ag) and bottom (Pt) electrodes were applied. After dosing, the samples were heated from room temperature at 1.8 K/s, and a mass spectrometer was used to detect the desorbed molecules. The effective molecular sticking was demonstrated by the appearance of the carbon Auger peak in the surface of the sample and by the presence of CO₂ in the desorption curves. After +(−) 9.9 V were applied to the bottom electrode during dosing, we found a shift of −0.52 (+0.58) μC/cm² in the remnant polarization. These evidences suggest the existence of a depolarizing field induced by molecular adsorption at the surface of the top electrode, and contribute to highlight the potential use of ferroelectric thin films as gas sensors.     

溶胶-凝胶法制备Pb(Zr1?xTix)O3复合梯度薄摸以及介电与热释电特性

"在Pt/Ti/SiO2/Si基片上用溶胶-凝胶法生长制备了PZT(Pb(Zr1-xTix)O3)复合梯度铁电薄膜． 薄膜最终结构由6层组成,"向上"梯度薄膜在Pt底电极上的第一层从PbZrO3开始,顶层是PZT(50/50),即第一层是PbZrO3,第二层PZT90/10 (10%Ti),第三层是PZT80/20,第四层PZT70/30,第五层PZT60/40,第六层PZT50/50．每一层与此相反的是"向下"梯度PZT薄膜．用X射线衍射、俄歇电子能谱和阻抗分析来研究梯度薄膜的结构与介电特性．600     

柔性Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3薄膜的高温铁电特性

随着柔性电子产品的迅速发展,具有优异铁电和压电性的Pb(Zr_(0.53)Ti_(0.47))O_3 (PZT)薄膜在柔性的非易失性存储器、传感器和制动器等器件中有广泛的应用前景.同时,由于外部环境越来越复杂,具有高温稳定特性的材料和器件受到越来越多的关注.本文在耐高温的二维层状氟晶云母衬底上,用脉冲激光沉积技术制备出外延的PZT薄膜,并通过机械剥离的方法,得到柔性的外延PZT薄膜.研究了Pt/PZT/SRO异质结的铁电和压电性及其高温特性,发现样品表现出优越的铁电性,剩余极化强度(P_r)高达65μC/cm~2,在弯曲104次后其铁电性基本保持不变,且样品在275℃高温时仍然保持良好的铁电性.本文为柔性PZT薄膜在航空航天器件中的应用提供了实验基础.     

Low temperature ferromagnetism in CaCu_3Ti_4O_(12)

The low-temperature magnetic order behaviors of perovskite oxide CaCu_3 Ti_4 O_(12)(CCTO) ceramics prepared by different methods are discussed.X-ray diffraction,scanning electron microscope,x-ray photoelectron spectroscopy,and direct current(DC) magnetization are used to characterize the structures,microscopic morphologies,valence states,and magnetic properties of the samples.The results show that the magnetic behaviors of CCTO ceramics are very sensitive to the preparation process.The quenched CCTO ceramic and CCTO powders grown in a molten salt crystal,which contain much more oxygen vacancies and Ti~(3+),show the coexistence of weak ferromagnetic order and antiferromagnetic order below the Neel temperature.It suggests that the bound magnetopolaron formed by oxygen vacancies and Ti~(3+) ion composite defects are responsible for the weak ferromagnetic order at low temperature.     

Enhanced energy storage behaviors in free-standing antiferroelectric Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3 thin membranes

Free-standing antiferroelectric Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05)O_3(PZT(95/5)) thin film is fabricated on 200-nm-thick Pt foil by using pulsed laser deposition.X-ray diffraction patterns indicate that free-standing PZT(95/5) film possesses an α-axis preferred orientation.The critical electric field for the 300-nm-thick free-standing PZT(95/5) film transiting from antiferroelectric to ferroelectric phases is increased to 770 kV/cm,but its saturation polarization remains almost unchanged as compared with that of the substrate-clamped PZT(95/5) film.The energy storage density and energy efficiency of the substrate-clamped PZT(95/5) film are 6.49 J/cm~3 and 54.5%,respectively.In contrast,after removing the substrate,the energy storage density and energy efficiency of the free-standing PZT(95/5) film are enhanced up to 17.45 J/cm~3 and 67.9%,respectively.     

La调节Pb(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电陶瓷的相变与电学性质

利用X射线衍射、弱场介电温度谱、强场极化强度研究了不同La含量(Pb1-xLa2x3)(Zr06Sn03Ti01)O3(000≤x≤012)(PLZSnT)陶瓷的相变与电学特性.实验发现,随La含量增大,室温下材料由铁电三方相(x=000)转变为反铁电四方相(003≤x≤009)和立方相(x=012).介电测试表明,La含量增大,反铁电→顺电相变温度降低,峰值介电常量减小.在x=006的PLZSnT三元相图中,反铁电四方相区扩大到Ti含量约为18at%,该系统反铁电陶瓷具有“窄、斜”型双电滞回线和“三电滞回线”;在高Zr、高Sn区,反铁电→顺电相变呈现弥散相变和介电频率色散特征,即反铁电极化弛豫现象.从ABO3钙钛矿结构的容忍因子(t)和反铁电相的结构特征出发,讨论了La对Pb(Zr,Sn,Ti)O3相变与电学性质的影响机理 关键词： 场诱相变 弛豫型反铁电体 介电性能 La调节Pb(Zr Sn Ti)O3     

Pb(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电陶瓷场诱相变性能的改进

为了获得场诱反铁电 (AFEt)—铁电 (FER)相变临界电场Ef 小、电滞ΔE小、场致应变x适当的反铁电陶瓷 ,对Pb(Zr ,Sn ,Ti)O3 采用Ba2 置换Pb2 ,同时在四方反铁电相AFEt—三方铁电FER 相界附近调节Ti/Sn比 ,来控制FER AFEt,AFEt 顺电相 (FEC)之间的相变温度TFA,TC,最终实现了对场诱相变参量 (Ef,ΔE)和反铁电工作温区 (ΔT =TC-TFA)的优化与调节 .获得了ΔE =0 85kV/mm ,Ef=1 6kV/mm ,x =0 1% - 0 2 %可用作开关致动器的新型反铁电陶瓷 .借助于X射线衍射、介电温谱、去极化电流谱、电滞回线等手段得到了这一系统AFEt/FER相界附近的温度 Ti含量相图 .     

XRF玻璃熔片法测定介电陶瓷材料锆钛酸钡的成分

试样经熔融制成玻璃片,用X射线荧光光谱法（XRF）测定介电陶瓷材料锆钛酸钡中BaO、TiO2、ZrO2成分含量,同时自制一套参考标样。方法快速、准确、稳定,可以满足生产及研发定量分析要求。     

Pb(Zr,Sn,Ti)O3反铁电陶瓷的低温相变扩散与极化弛豫

用弱场介电温谱、热释电流谱、强场电滞回线和变温X射线衍射谱研究了微量La掺杂Pb(Zr ,Sn ,Ti)O3(PZST)反铁电 (AFEt)陶瓷在 - 10 0— 180℃温区内的结构与电学特性 .弱场介电温谱显示 ,AFEt陶瓷在低温段(- 10 0— 5 0℃ )呈现介电频率弥散 (0 1— 10 0kHz)和扩散型相变的特征 ,而变温X射线衍射谱却表明材料在这一温区内保持四方相结构 ;低温下经强场作用后 ,AFEt被诱导为亚稳三方铁电态 ,介电频率弥散消失 .基于多元复杂化合物的组分起伏理论 ,讨论了PZSTAFEt陶瓷的相变扩散与极化弛豫新现象 .