幾種多鐵性材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的第一性原理計(jì)算.pdf

1、多鐵性材料是指同時(shí)具有兩種或兩種以上鐵性的功能材料。這種材料不但具有母相的特性,更重要的是電性和磁性相互作用會(huì)產(chǎn)生附加功能,因此這種材料在許多高技術(shù)領(lǐng)域備受關(guān)注。雖然多鐵性材料的理論研究和制備技術(shù)已經(jīng)取得了重大突破,但在實(shí)際應(yīng)用中還面臨諸多挑戰(zhàn)。本論文就是針對(duì)多鐵性材料的研究現(xiàn)狀進(jìn)行一些有益的探索和嘗試。
　　本文使用Accelrys公司的Material Studio軟件中的castep模塊,采用基于密度泛函理論(DFT)的第一

2、性原理方法來(lái)計(jì)算體系的電子結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì),計(jì)算過(guò)程中采用考慮自旋極化的廣義梯度近似和平面波超軟贗勢(shì)法。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　一、沿用傳統(tǒng)的磁性元素?fù)诫s鐵電體獲取多鐵性材料的思路,選用磁性較強(qiáng)的過(guò)渡金屬元素Mn摻雜鐵電性較強(qiáng)的四方相BaTiO3。主要計(jì)算純BaTiO3和Mn摻雜濃度為12.5％、25%和50%的四種體系,通過(guò)對(duì)電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的對(duì)比發(fā)現(xiàn):磁性元素Mn的摻入會(huì)使體系具備磁性,且Mn含量越高,體系磁性越強(qiáng);摻雜體系

3、仍然保持四方相BaTiO3原有鐵電性。但研究還發(fā)現(xiàn),摻雜體系的穩(wěn)定性差,鐵磁性弱,這便減少了它的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,也對(duì)我們轉(zhuǎn)換研究思路起到了推動(dòng)作用。
　　二、為了得到穩(wěn)定性強(qiáng)、且性能優(yōu)越的多鐵性材料,以基態(tài)下的單相雙鈣鈦礦Bi2NiMnO6為主要研究對(duì)象,對(duì)其優(yōu)化前后的鐵磁態(tài)和亞鐵磁態(tài)進(jìn)行了比較系統(tǒng)地對(duì)比研究。分析可知:基態(tài)下的Bi2NiMnO6優(yōu)先以鐵磁半導(dǎo)體方式存在;磁性來(lái)源于Ni2+-O-Mn4+的鐵磁超交換作用,且Ni-Mn

4、鍵長(zhǎng)與材料的磁性強(qiáng)弱密切相關(guān);Bi-6p電子軌道與O-2p電子軌道之間的雜化作用是Bi2NiMnO6發(fā)生鐵電畸變的根源。
　　三、針對(duì)多鐵性材料體系中鐵電序-鐵磁序穩(wěn)定共存和耦合增強(qiáng)這一重要科學(xué)問(wèn)題,選用具有磁性的Co2+和Cu2+對(duì)雙鈣鈦礦Bi2NiMnO6進(jìn)行摻雜改性。通過(guò)對(duì)摻雜前后體系磁性的研究發(fā)現(xiàn):Co摻雜Bi2NiMnO6的性能優(yōu)于Cu摻雜體系,不但有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,并且鐵磁性有顯著提高。研究結(jié)果表明,進(jìn)一步優(yōu)化的Bi2N