BTO,BIT鐵電體的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、鐵電材料是一種十分重要的信息功能材料,在鐵電隨機(jī)存儲等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來,鐵電鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料在非揮發(fā)性鐵電薄膜存儲器,微電子機(jī)械系統(tǒng)以及可調(diào)微波器件等領(lǐng)域具有許多重要應(yīng)用,引起了人們廣泛的研究興趣。本論文采用基于殼模型的分子動力學(xué)方法,分別研究了簡單鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電體BaTiO3(BTO)中的輻射位移效應(yīng)以及鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電體Bi4Ti3O12(BIT)的高壓相變行為。
　　(1)基于殼模型的分子動力學(xué)方法研究了

2、BaTiO3(BTO)鐵電體中的輻射位移效應(yīng)。采用O原子作為初級擊出原子,模擬了當(dāng)初級擊出原子能量為1keV時不同入射方向下體系內(nèi)缺陷的產(chǎn)生和演化。模擬結(jié)果表明,當(dāng)入射方向為[001]時,體系內(nèi)產(chǎn)生的缺陷數(shù)最多。在所有缺陷中,以O(shè)缺陷的含量為最高,占總?cè)毕輸?shù)的80％以上。同時,這些缺陷的產(chǎn)生并不顯著改變體系的自發(fā)極化強(qiáng)度,對體系的極化翻轉(zhuǎn)過程也基本沒有影響。但是,絕不能因此而低估輻射位移效應(yīng)的影響,這是由于在外場的作用下,輻射位移效應(yīng)所

3、產(chǎn)生的缺陷的遷移距離大大增加。
　　(2)在殼模型的基礎(chǔ)上,通過分子動力學(xué)方法模擬了壓強(qiáng)對Bi4Ti3O12(BIT)鐵電體相變行為的影響。首先基于文獻(xiàn)中提取的勢參數(shù),計算了室溫時BIT單晶的自發(fā)極化強(qiáng)度,與實驗中得到的結(jié)果并不吻合,分析原因可能在于勢參數(shù)的不完整性。為了使勢參數(shù)更為完整,同時提高模擬的準(zhǔn)確性,在已知勢參數(shù)的基礎(chǔ)上增加了Ti-Ti短程相互作用勢。自發(fā)極化強(qiáng)度的計算值與實驗值較好的吻合。為了進(jìn)一步測定采用模型與實驗數(shù)

4、據(jù)是否一致,還計算了鐵電體BIT的晶胞參數(shù)值,計算結(jié)果與實驗值吻合的較好。接下來模擬了不同壓強(qiáng)下BIT單晶自發(fā)極化強(qiáng)度與晶胞參數(shù)的演化行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在從-2GPa到24GPa范圍內(nèi),BIT經(jīng)歷了兩次相變。第一次發(fā)生在6GPa處,為鐵電-鐵電相變;第二次發(fā)生在20GPa處,為鐵電-順電相變,晶格對稱性發(fā)生轉(zhuǎn)變。這種對稱性的改變類似于在環(huán)境壓力條件下溫度導(dǎo)致BIT鐵電體對稱性的改變,因而我們的模擬結(jié)果為研究壓強(qiáng)引起B(yǎng)IT的相變行為提供了理論