鈣鈦礦及半導(dǎo)體亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的第一性原理計(jì)算研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的飛速發(fā)展，利用模擬計(jì)算方法對(duì)新物質(zhì)、新材料的性能預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)也得到廣泛的應(yīng)用。所謂模擬方法，就是用建立與某種自然現(xiàn)象或過(guò)程相似的模型來(lái)間接研究原有規(guī)律性的科學(xué)方法。計(jì)算機(jī)模擬是針對(duì)一個(gè)復(fù)雜真實(shí)系統(tǒng)或模擬設(shè)計(jì)研制的系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)方法建立系統(tǒng)抽象的數(shù)學(xué)模型，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)這個(gè)模型。如果輸入相關(guān)的參數(shù)，就可以進(jìn)行各類操作和模擬計(jì)算，從而研究該系統(tǒng)的特征和演化情況。計(jì)算機(jī)模擬作為科學(xué)研究的重要手段，已被應(yīng)用于多方面的學(xué)

2、術(shù)研究，并取得了豐碩的成果。特別是在材料計(jì)算和設(shè)計(jì)中用實(shí)驗(yàn)方法很難觀測(cè)單個(gè)原子、分子運(yùn)動(dòng)等無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況，因此計(jì)算機(jī)模擬具有重要意義。 人們通常把這種基于密度泛函理論的計(jì)算叫做第一性原理計(jì)算(first-princilpies calculations)，這是為了與其他的量子化學(xué)從頭算方法加以區(qū)分。本論文所有計(jì)算都是采用軟件Wien2k實(shí)現(xiàn)的。 本論文主要包括以下幾個(gè)部分： 第一章簡(jiǎn)要介紹了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的第一性

3、原理研究現(xiàn)狀。在本章的前半部分，概述了這種材料的潛在運(yùn)用。本章的后半部分首先介紹了密度泛函理論的基本框架。接著我們對(duì)本論文工作所使用的軟件WIEN2k進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。 第二章為本論文的主要工作，即通過(guò)第一性原理的研究方法，我們對(duì)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料SeNiO3給出了詳盡的計(jì)算分析。分別計(jì)算態(tài)密度、電子密度、總能和U值的選定。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，確定了這種材料的結(jié)構(gòu)為G型反鐵磁結(jié)構(gòu)，帶隙大小為3.77eV。由于Se-O以及Ni-O之前的較

4、強(qiáng)的雜化作用，使Ni+23d8的自旋磁矩由2μB下降為1.88μB。而Ni 3d軌道的分態(tài)密度之所以相似是有這個(gè)材料的結(jié)構(gòu)特殊性和Ni-O之間的共價(jià)鍵所造成的。 第三章通過(guò)第一性原理研究方法，分別對(duì)三種半導(dǎo)體亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)材料給出了模擬計(jì)算。其中對(duì)Si的模擬計(jì)算中，主要計(jì)算了這種材料的電子能量損失譜，通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，確定了這種材料為閃鋅礦結(jié)構(gòu)。對(duì)GaN的模擬計(jì)算中，通過(guò)對(duì)兩種不同結(jié)構(gòu)的GaN的總能的分析，考察了這種材料