若干鐵電體的磁學(xué)性質(zhì)和極化特性的第一性原理研究.pdf

1、鐵電材料由于一系列優(yōu)越的物理特性,受到了眾多領(lǐng)域的關(guān)注。為了更好的全面了解各種鐵電體的性質(zhì),我們對(duì)新型的非氧化物鐵電體的鐵電性的起源展開(kāi)研究。在鐵電材料的實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中,不可避免的會(huì)形成空位等本征缺陷,將會(huì)影響其性能,甚至?xí)a(chǎn)生一些有趣的像磁性或半金屬一樣的新特性。另外,構(gòu)建鐵電/鐵磁多層結(jié)構(gòu)也可讓鐵電材料獲得磁性。本文采用第一性原理計(jì)算方法,研究了含氟鐵電體的電子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、自發(fā)極化等物理性質(zhì),鈣鈦礦鐵電體空位體系的形成能和磁

2、學(xué)性質(zhì)以及多鐵磁隧道結(jié)Co/BaTiO3/Co中Ti-O鐵電位移和磁學(xué)性質(zhì)。并取得如下主要成果:
　　 1.計(jì)算了鐵電體BaZnF4的電子結(jié)構(gòu),運(yùn)用Berry phase方法計(jì)算了自發(fā)極化。發(fā)現(xiàn)了BaZnF4的Born有效電荷表明Ba和F(3)大于名義上的離子電荷。Ba-F(3)之間表現(xiàn)出弱的共價(jià)關(guān)聯(lián)的作用,同時(shí)Zn-F之間顯示出明顯的共價(jià)鍵的特征。二者有利于BaZnF4的自發(fā)極化。預(yù)測(cè)了BaZnF4的自發(fā)極化值為12.6μC/

3、cm2。
　　 2.對(duì)BaTiO3立方相和四方相中Ba,Ti和O三種空位的形成能,態(tài)密度、自旋電荷密度和bader電荷分布進(jìn)行了計(jì)算。發(fā)現(xiàn)Ti和O空位能夠誘導(dǎo)出磁性,而B(niǎo)a空位不會(huì)誘導(dǎo)磁性產(chǎn)生。Ti空位誘導(dǎo)磁性的產(chǎn)生起源于Ti空位時(shí)部分極化的O2p軌道。而且立方相的Ti空位體系展現(xiàn)出半金屬磁性性質(zhì)。O空位導(dǎo)致產(chǎn)生的磁性是由于最近鄰空位的鈦原子的未配對(duì)電子占據(jù)t2g軌道引起的。
　　 3.模擬分析了多鐵隧道結(jié)Co/BaTi