鈣鈦礦及半導體亞穩(wěn)態(tài)結構的第一性原理計算研究.pdf

1、隨著計算機模擬技術的飛速發(fā)展，利用模擬計算方法對新物質(zhì)、新材料的性能預測與設計也得到廣泛的應用。所謂模擬方法，就是用建立與某種自然現(xiàn)象或過程相似的模型來間接研究原有規(guī)律性的科學方法。計算機模擬是針對一個復雜真實系統(tǒng)或模擬設計研制的系統(tǒng)，用計算機方法建立系統(tǒng)抽象的數(shù)學模型，然后通過計算機程序實現(xiàn)這個模型。如果輸入相關的參數(shù)，就可以進行各類操作和模擬計算，從而研究該系統(tǒng)的特征和演化情況。計算機模擬作為科學研究的重要手段，已被應用于多方面的學

2、術研究，并取得了豐碩的成果。特別是在材料計算和設計中用實驗方法很難觀測單個原子、分子運動等無法實現(xiàn)的情況，因此計算機模擬具有重要意義。 人們通常把這種基于密度泛函理論的計算叫做第一性原理計算(first-princilpies calculations)，這是為了與其他的量子化學從頭算方法加以區(qū)分。本論文所有計算都是采用軟件Wien2k實現(xiàn)的。 本論文主要包括以下幾個部分： 第一章簡要介紹了鈣鈦礦結構材料的第一性

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。接著我們對本論文工作所使用的軟件WIEN2k進行了簡單介紹。 第二章為本論文的主要工作，即通過第一性原理的研究方法，我們對鈣鈦礦結構材料SeNiO3給出了詳盡的計算分析。分別計算態(tài)密度、電子密度、總能和U值的選定。通過對數(shù)據(jù)的分析，確定了這種材料的結構為G型反鐵磁結構，帶隙大小為3.77eV。由于Se-O以及Ni-O之前的較

4、強的雜化作用，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材料的結構特殊性和Ni-O之間的共價鍵所造成的。 第三章通過第一性原理研究方法，分別對三種半導體亞穩(wěn)態(tài)結構材料給出了模擬計算。其中對Si的模擬計算中，主要計算了這種材料的電子能量損失譜，通過計算數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)的比較，確定了這種材料為閃鋅礦結構。對GaN的模擬計算中，通過對兩種不同結構的GaN的總能的分析，考察了這種材料