外延压应变对BaTiO_3铁电体抗辐射性能影响的分子动力学研究

采用基于壳模型的分子动力学模拟方法,研究了存在外延压应变时BaTiO3铁电体的辐射位移效应,以O原子作为初冲原子(primary knock-on atom,PKA),能量为1 keV,方向为[001],分别计算了外延压应变为0,0.4%,0.8%,1.2%,1.6%,2.0%时体系的缺陷数量、分布,以及辐射前后的极化强度,比较了压应变为2%以及无应变下损伤区域、缺陷离位距离和反向外电场下PKA的迁移距离.结果表明,随外延压应变增加体系极化近似线性增加,辐射后极化降低幅度降低、缺陷产生的数量有所减小,2%压应变存在时缺陷原子的离位距离、PKA在反向外电场作用下的迁移距离和损伤区域都小于无应变的情况,说明外延压应变的存在对辐射造成的晶格损伤具有抑制作用,对辐射损伤具有改善作用,可以通过引入外延压应变来调控BaTiO3的辐射损伤.     

BaTiO3铁电体中辐射位移效应的分子动力学模拟

运用基于壳模型的分子动力学方法研究了BaTiO₃铁电体中的辐射位移效应.采用O原子作为初级击出原子,模拟了当初级击出原子能量为1 keV时体系内缺陷的产生和演化.模拟结果表明,当入射方向为[001]时,体系内产生的缺陷最多.在所有缺陷中,以O缺陷的含量为最高,达80%以上.同时,这些缺陷的产生并不显著改变体系的自发极化强度,对体系的极化翻转过程也基本没有影响.在外电场作用下,观察到了显著的缺陷迁移. 关键词： 分子动力学 3铁电体')" href="#">BaTiO₃铁电体 辐射位移效应     

LuTaO$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;相变及结构

LuTaO₄是最高密度的闪烁体基质, 研究它的结构及其相变对单晶制备具有指导意义. 用固相法制备了Lu₂O₃和Ta₂O₅摩尔比为1:1时在不同温度下形成的多晶粉末, 用X射线衍射及Rietveld全谱拟合研究了多晶粉末的物相和结构. 结果表明, Lu₂O₃: Ta₂O₅摩尔比为1:1的样品在1740 ℃时合成的物相为M'-LuTaO₄, 在1800 ℃时为M'-LuTaO₄和M-LuTaO₄的混合物, 在1840 ℃时全部转变为M-LuTaO₄. 当温度升高到2058 ℃时, 样品呈熔融状态, 对淬火得到的样品进行结构精修, 给出了M-LuTaO₄, Lu₃TaO₇和Ta₂O₅的晶胞和原子坐标参数, 它们的重量比分别占78.1%, 18.9%和3.0%. 这些结果为制备以LuTaO₄为基质的高密度闪烁体单晶具有参考价值. 关键词： 4')" href="#">LuTaO₄ 相变 粉末衍射 Rietveld精修     

激光分子束外延BaTiO3薄膜最顶层表面原子平面与薄膜生长机理

用激光分子束外延技术在SrTiO₃(001)衬底上外延生长了高质量的BaTiO_{3< /sub>薄膜,薄膜的生长过程由反射式高能电子衍射仪(RHEED)原位实时监测,表明薄膜具有 二维层状生长模式.薄膜的晶体结构和表面形貌分别由X射线衍射和原子力显微镜表征,显示 该薄膜为完全c轴取向四方相晶体结构,其表面具有原子尺度光滑性.采用角分辨X射线光电 子谱技术(ARXPS),研究了BaTiO3薄膜表面最顶层原子种类和排列状况.结果表 明,BaTiO3 关键词： 激光分子束外延 3薄膜')" href="#">氧化物BaTiO3薄膜 最顶层表面 角分辨X射线光电子谱}     

钙钛矿型锰氧化物(La$lt;sub$gt;0.8$lt;/sub$gt;Eu$lt;sub$gt;0.2$lt;/sub$gt;)$lt;sub$gt;4/3$lt;/sub$gt;Sr$lt;sub$gt;5/3$lt;/sub$gt;Mn$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;O$lt;sub$gt;7$lt;/sub$gt;的磁性和电性研究

采用传统固相反应法制备钙钛矿型锰氧化物 (La_0.8Eu_0.2)_4/3Sr_5/3Mn₂O₇多晶样品, X-射线衍射分析表明, 样品(La_0.8Eu_0.2)_4/3Sr_5/3Mn₂O₇结构呈现良好的单相. 通过磁化强度随温度的变化曲线(M-T)、不同温度下磁化强度随磁场的变化曲线(M-H)和电子自旋共振谱发现: 在300 K以下, 随着温度的降低, 样品先后经历了二维短程铁磁有序转变 (T_C^2D ≈ 282 K)、三维长程铁磁有序转变(T_C^3D ≈ 259 K)、奈尔转变(T_N ≈ 208K)和电荷有序转变(T_CO ≈ 35 K); 样品 (La_0.8Eu_0.2)_4/3Sr_5/3Mn₂O₇在T_N以下, 主要处于反铁磁态; 在T_C^3D达到370 K时, 样品处于铁磁-顺磁共存态, 在370 K以上时样品进入顺磁态. 此外, 分析电阻率随温度的变化曲线(ρ-T)得到: 样品在金属-绝缘转变温度(T_P ≈ 80 K)附近出现最大磁电阻值, 其位置远离T_C^3D, 表现出非本征磁电阻现象, 其磁电阻值约为61%. 在T_CO以下, 电阻率出现明显增长, 这是由于温度下降使原本在高温部分巡游的e_g电子开始自发局域化增强所致. 通过对 (La_0.8Eu_0.2)_4/3Sr_5/3Mn₂O₇的ρ-T 曲线拟合, 发现样品在高温部分的导电方式基本遵循小极化子的导电方式. 关键词： 磁性 电性 金属-绝缘转变温度 电子自旋共振     

Sr位Nd掺杂对SrBi$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;Nb$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;O$lt;sub$gt;9$lt;/sub$gt;性能的影响及机理研究

采用传统固相法制备了（Sr_1-3x/2A_x/2Nd_x）Bi₂Nb₂O₉（x=0,0.05,0.1和0.2）陶瓷,并系统研究了Nd离子取代Sr离子对SrBi₂Nb₂O₉性能的影响及其作用机理.研究结果表明：Sr_1-3x/2A_x/2Nd_xBi₂Nb₂O₉的介电常数和介电损耗随温度变化的行为具有明显的离子松弛极化特征.Nd³⁺对Sr²⁺的部分取代,导致Sr_1-3x/2A_x/2Nd_xBi₂Nb₂O₉剩余极化强度P_r稍有下降,但其压电系数d₃₃却有所增加,根据铁电热力学理论,这是Nd³⁺对Sr²⁺取代导致材料介电常数增大所致.Sr_1-3x/2A_x/2Nd_xBi₂Nb₂O₉的居里温度（T_C）没有随Nd含量的增加而变化,拉曼光谱技术分析表明这是其NbO₆八面体畸变程度没有发生变化所致.Nd³⁺取代Sr²⁺提高了材料的介电常数ε_r、压电系数d₃₃、机电耦合系数K_p,同时降低了机械品质因数Q_m,但是谐振频率温度系数C值没有改变. 关键词： 压电陶瓷 介电性能 压电性能 拉曼光谱     

Ca$lt;sub$gt;0.64$lt;/sub$gt;WO$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;:Eu$lt;sub$gt;0.24$lt;/sub$gt;陶瓷的高温相变机理及其对发光性能的影响

纯的CaWO₄具有优异的耐压、耐热稳定性,化学组成为Ca_0.64WO₄:Eu_0.24的陶瓷也具有CaWO₄结构,但Ca²⁺晶格位置含有12 mol%的肖特基缺陷. 这种缺陷浓度高的CaWO₄ 相是否具有良好的高温稳定性还有待研究. 本文探讨了过度烧结对Ca_0.64WO₄:Eu_0.24陶瓷相结构的影响,揭示了在高温下产生相变的可能原因,并研究了该相变对材料发光性能的影响. 研究表明,当烧结温度超过1100 ℃时,被肖特基缺陷束缚的部分氧离子会解离,造成Ca_0.64WO₄:Eu_0.24陶瓷体相中氧元素含量严重不足,诱发CaWO₄相发生相变,析出单斜晶系的Eu₂WO₆;研究还发现,CaWO₄相的晶面间距在高温相变后会增大;这可能是导致Ca_0.64WO₄:Eu_0.24陶瓷发光强度显著降低的一个重要原因. 关键词： 相变 钨酸钙 铕 发光     

Li修饰的C$lt;sub$gt;6$lt;/sub$gt;分子对H$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;O的吸附研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似研究C₆Li吸附H₂O分子并将之进行分解的催化过程. 几何优化发现：Li原子最稳定的吸附位置是位于C 原子顶位上方. 研究表明,第一个H₂O 分子吸附在C₆Li上需要克服1.77 eV的能量势垒,然后分解为H和OH且与Li原子成键. 当吸附第二个H₂O分子时,第二个H₂O分子需要克服1.2 eV的能量势垒分解为H和OH,其中H与Li原子上的H原子结合成H₂,OH则替代Li 原子上的H结合在Li原子上. 因此C₆Li 可以作为催化剂将H₂O分子进行分解得到H₂. 分析可知：C₆Li主要是通过Li原子与H₂O之间形成的偶极矩作用来吸附H₂O 分子,与C₆₀Li₁₂ 的储氢机制类似. 研究结果可为储氢材料的制备提供一个新的思路. 关键词： 6')" href="#">C₆ Li 2O')" href="#">H₂O 密度泛函理论     

铁电薄膜漏电流的应变调控

基于密度泛函理论的第一性原理并结合非平衡格林函数, 探讨了应变对 BaTiO₃ 铁电薄膜漏电流的影响规律.研究表明,压应变能有效地抑制BaTiO₃ 铁电薄膜漏电流, 特别是当压应变为4%时,其漏电流相对无应变状态降低了近10 倍.通过考察体系的透射系数和电子态密度发现: 一方面压应变状态下铁电隧道结的透射几率要比张应变时小,特别是在费米面附近;另一方面随着张应变过渡至压应变时,价带的位置逐渐向低能区移动而导带向高能区移动,导致了其带隙的增大, 从而有效抑制了漏电流. 本研究为寻找抑制铁电薄膜漏电流,提高铁电薄膜及铁电存储器的性能提供合适的方法. 关键词： 铁电薄膜 双轴应变 漏电流 第一性原理     

BaTiO3晶体结构及弹性的分子动力学模拟

有效的势函数是分子动力学模拟的关键. 引入了一种势函数,该势函数的特点是运用参数r_eff计算原子间的静电作用. 通过分子动力学方法模拟得到了BaTiO₃晶体立方相、四方相结构的对关联函数和X射线衍射谱,计算得出了它们的晶格常数及弹性常数. 模拟结果与实验结果符合较好.该势函数可以有效地模拟BaTiO₃晶体的热学和力学性能. 关键词： 分子动力学模拟 势函数 3铁电晶体')" href="#">BaTiO₃铁电晶体     

无铅四方相钙钛矿短周期超晶格压电效应机理研究

超晶格压电行为与内部正离子之间的内在联系尚缺乏相关的研究.本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了三种无铅四方相钙钛矿铁电超晶格(BaTiO_3/SrTiO_3,KNbO_3/KTaO_3和BaTiO_3/KNbO_3)中A,B位正离子对整体的极化和压电贡献.通过计算超晶格不同轴向应变条件下原子结构和Born有效电荷,获得了超晶格和各个正离子的极化值和压电系数.结果表明,在轴向压缩应变条件下(-0.15—0 A),无铅超晶格中的正离子位移D(A)和D(B)受到抑制,在拉应变时位移才显著增大,因此极化和压电行为不明显.在轴向拉伸应变作用下(0—0.15 A),无铅超晶格中各原子的极化贡献显著增大,特别是B位原子Ti,Nb和Ta的极化贡献使得总的极化强度也显著提高,并当拉应变达到一定值,超晶格才会出现明显的压电行为.无铅超晶格的极化和压电行为主要由B位正离子贡献.     

Strain-induced insulator–metal transition in ferroelectric BaTiO_3(001) surface:First-principles study

The electronic properties of TiO_2-terminated BaTiO_3(001) surface subjected to biaxial strain have been studied using first-principles calculations based on density functional theory. The Ti ions are always inward shifted either at compressive or tension strains, while the inward shift of the Ba ions occurs only for high compressive strain, implying an enhanced electric dipole moment in the case of high compressive strain. In particular, an insulator–metal transition is predicted at a compressive biaxial strain of 0.0475. These changes present a very interesting possibility for engineering the electronic properties of ferroelectric BaTiO_3(001) surface.     

Atomistic simulations to characterize the influence of applied strain and PKA energy on radiation damage evolution in pure aluminum

Knowledge of defects generation, their mobility, growth rate, and spatial distribution is the cornerstone for understanding the surface and structural evolution of a material used under irradiation conditions. In this study, molecular dynamics simulations were used to investigate the coupled effect of primary knock-on atom (PKA) energy and applied strain (uniaxial and hydrostatic) fields on primary radiation damage evolution in pure aluminum. Cascade damage simulations were carried out for PKA energy ranging between 1 and 20 keV and for applied strain values ranging between ?2% and 2% at the fixed temperature of 300 K. Simulation results showed that as the atomic displacement cascade proceeds under uniaxial and hydrostatic strains, the peak and surviving number of Frenkel point defects increases with increasing tension; however, these increments were more prominent under larger volume changing deformations (hydrostatic strain). The percentage fraction of point defects that aggregate into clusters increases under tension conditions; compared to the reference conditions with no strain, these increases are around 13% and 7% for interstitials and vacancies, respectively (under 2% uniaxial strain), and 19% and 11% for interstitials and vacancies, respectively (under 2% hydrostatic strain). Clusters formed of vacancies and interstitials were both larger under tensile strain conditions, with increases in both the average and maximum cluster sizes. The rate of increase/decrease in the number of Frenkel pairs, their clustering, and their size distributions under expansion/compression strain conditions were higher for higher PKA energies. Overall, the present results suggest that strain effects should be considered carefully in radiation damage environments, specifically for conditions of low temperature and high radiation energy. Compressive strain conditions could be beneficial for materials used in nuclear reactor power systems.     

Prediction of flexoelectricity in BaTiO3 using molecular dynamics simulations

Flexoelectric effect, referring to the strain gradient induced polarization, widely exists in dielectric materials, but its molecular dynamics has not been studied so much so far. In this work, the radial distribution function of BaTiO₃ and the phase transition temperatures have been investigated, and the results show that the core-shell potential model is effective and the structure of BaTiO₃ is stable in a temperature range of 10 K-150 K. Molecular dynamics simulated hysteresis loops of BaTiO₃ show that anisotropy can play an important role in the coercive field. Based on the rational simulation process, the effects of cantilever beam bent angle and fixed length on the polarization are analyzed. It is found that the small bent angle of the curved cantilever beam can give a proportional relationship with a fixed end length and a non-linear relationship is presented when the bent angle is much larger. The prediction of flexoelectric coefficient in BaTiO₃ is 18.5 nC/m. This work provides a computational framework for the study of flexoelectric effect by using molecular dynamics.     

Epitaxial growth and transport properties of compressively-strained Ba2IrO4 films

Ba₂IrO₄ is a sister compound of the widely investigated Sr₂IrO₄ and has no IrO₆ octahedral rotation nor net canted antiferromagnetic moment, thus it acts as a system more similar to the high-T_c cuprate. In this work, we synthesize the Ba₂IrO₄ epitaxial films by reactive molecular beam epitaxy and study their crystalline structure and transport properties under biaxial compressive strain. High resolution scanning transmission electron microscopy and x-ray diffraction confirm the high quality of films with partial strain relaxation. Under compressive epitaxial strain, the Ba₂IrO₄ exhibits the strain-driven enhancement of the conductivity, consistent with the band gap narrowing and the stronger hybridization of Ir-t_2g and O-2p orbitals predicted in the first-principles calculations.     

质子对BaTiO3薄膜辐照损伤的计算机模拟

本文先应用分子动力学模拟BaTiO₃体系在初级击出原子(primary knock-on atom, PKA)轰击下缺陷产生和复合的动力学过程, 模拟结果表明：PKA的方向和能量对缺陷数目有重要影响, 并计算了Ba, O和Ti原子的平均位移阈能分别为69 eV, 51 eV和123 eV, 远大于SRIM程序默认的位移阈能25 eV. 然后应用蒙特卡罗软件包SRIM, 模拟质子在BaTiO₃薄膜中的能量损失过程, 比较位移阈能对模拟结果的影响, 分析质子能量和入射角度对空位数量以及分布的影响. 结果表明空位数量随着质子能量增加而增加, 增加的速率随能量的增加是降低的;当入射角度大于60°, 空位数量随入射角增大而明显减少.     

BaTiO3/p-Si异质结的整流特性和光诱导特性的研究

利用脉冲激光沉积法成功制备了BaTiO₃/p-Si异质结, 该异质结在80–300 K 显示出了良好的整流特性和光诱导特性. 开启电压随着温度的升高而逐渐降低. 利用不同频率的光子辐照样品, 观察到明显的光电导效应. 且随着照射光子能量的增大, 结电流也相应变大, 光诱导效应越明显. BaTiO₃薄膜电阻-温度(R-T) 曲线显示氧缺陷条件下BaTiO₃薄膜具有良好的半导体特性. 关键词： 异质结 光诱导效应 3薄膜')" href="#">BaTiO₃薄膜     

Electrorheological effects in carbon, barium titanate, and nickel coated with barium titanate suspensions

Effects of the electric field on the rheology, electrorheological (ER) effects, are investigated on carbon, barium titanate (BaTiO₃) and BaTiO₃-coated nickel (BT-Ni) suspensions. Among some electroreological properties, electric field frequency dependence of the induced shear stress (yield stress) observed for three suspensions shows a contrasting behavior. With increase in the electric field frequency, the yield stress decreases above 100 Hz in the carbon suspension, monotonously increases in the BaTiO₃ suspension, and is almost constant in the BT-Ni suspension. The difference in the frequency dependence and magnitude of the yield stress is discussed on the basis of the magnitude and relaxation time of the interfacial polarization and the effect of the particle rotation under the shear flow.     

铁电体中极化长程涨落的光子关联谱实验研究

从极化团簇的随机涨落出发, 利用维纳过程模型, 推导了铁电体中极化长程涨落的弛豫规律以及光强自相关函数所可能的表现形式. 阐述了微观极化团簇的弛豫过程与宏观测量弛豫规律之间的联系. 通过对原有氦氖激光光子关联谱实验装置进行改进, 观测了BaTiO₃和0.71Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.29PbTiO₃单晶中极化团簇长程涨落在居里点和立方到四方相变点附近的弛豫过程. 在BaTiO₃中发现极化团簇长程涨落在居里点之上4 K存在双弛豫现象, 此现象与其有序无序相变机理相联系. 在Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.29PbTiO₃中发现极化团簇长程涨落在相变点两侧都存在双弛豫现象. 利用推导的理论结果很好地拟合了实验结果并提取了极化团簇长程涨落的弛豫时间. 两种样品中极化团簇长程涨落的弛豫时间都在相变点出现突变, 并呈现临界慢化现象.