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基于第一性原理的BaTiO3陶瓷临界尺寸的研究

张海涛 , 康爱国 , 杨北革 , 薛辉 , 郭小龙

人工晶体学报

采用WIEN2K软件,基于第一性原理对具有不同晶格常数的BaTiO3晶胞结构的特性进行了模拟分析.计算了不同晶胞结构中的电荷密度分布,分析了体积与能量的关系对晶胞结构稳定性的影响.结合试验结果探讨了尺寸效应对瓷体铁电性的影响,找到了晶胞能量最低的状态以及电子轨道杂化最显著的晶胞尺寸.从而确定了晶胞铁电性存在的晶粒的临界尺寸为10~ 15 nm.

关键词: BaTiO3陶瓷 , 临界尺寸 , 第一性原理

钼酸镉晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

张涵 , 刘廷禹 , 高肖丽 , 夏贯芳

硅酸盐通报

本文利用了基于密度泛函理论的第一性原理和平面波赝势方法计算了CdMoO4晶体的电子结构和光学性质.分别采用了广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对晶胞参数进行优化,得到了最稳定状态下的晶胞参数.在优化结构的基础上得到了两种近似下的能带结构,电子态密度和介电函数.能带结构表明CdMoO4的价带顶和导带底均在Γ点,直接带隙分别为2.342 eV (GGA),2.241 eV (LDA).电子态密度计算结果说明Mo4d和O2p轨道之间强烈杂化形成Mo-O共价键,且其键性强于Cd-O键.计算得到的介电函数实部与虚部和Abraham等用WIEN97软件计算的结果吻合得较好.

关键词: CdMoO4 , 第一性原理 , 电子结构 , 光学性质

尖晶石锰酸锂的第一性原理计算

黄松涛 , 曹松 , 储茂友 , 沈剑韵

稀有金属 doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2006.03.005

应用基于全势缀加平面波方法(Full Line Augmented Plane Wave,FLAPW)的第一性原理计算软件Wien2K,对尖晶石LiMn2O4和其理想脱锂终点Mn2O4化合物进行了研究.优化得到了二者及体心立方相Li的晶体结构,脱锂前后晶格参数以及O原子占位的变化规律和实验结果相一致;采用Rietveld方法计算了脱锂前后LixMn2O4的理论X射线衍射图谱,二者之间的变化规律,和采用同步X射线衍射对充放电过程的尖晶石LiMn2O4结构进行分析得到结果相一致;理论预测了LiMn2O4的平均放电电压为4.05 V,和实验结果相吻合.

关键词: 尖晶石锰酸锂 , 第一性原理 , 相结构 , 放电电压

Charge, orbital and spin ordering in multiferroic BiMn(2)O(5): density functional theory calculations

Physical Chemistry Chemical Physics

Charge, orbital, and spin ordering of multiferroic BiMn(2)O(5) are investigated by the full-potential linearized augmented plane-wave (FPLAPW) method as implemented in the WIEN2K package. Both the generalized gradient approximation (GGA) as well as GGA plus the one-site Coulomb interaction (GGA+U) methods are considered for the exchange-correlation energy functional. The obtained results show that BiMn(2)O(5) is found stable in ferrimagnetic state with band gap about 1.23 eV. The results suggest that BiMn(2)O(5) contains two kinds of manganese: the ionicity of Mn1 (Mn(4+)) is + 3.6 with magnetic moment of 2.40 mu B and the ionicity of Mn2 (Mn(3+)) is + 3.4 with magnetic moment of 3.22 mu B. While charge disproportion between Mn1 and Mn2 is small, the difference between e(g) minority occupancies of Mn(3+) and Mn(4+) cations is large. Both these two properties give direct evidence of charge ordering. The analysis of the Born effective charge reveals that the partial ferroelectric polarization (P(ele)) originates from the charge ordering, which is in agreement with a recent work by Brink and Khomskii [J. Phys.: Condens. Matter, 2008, 20, 434217].

关键词: transition

Sn1-xNxO2材料光电性质的研究

张国莲 , 逯瑶 , 冯现徉 , 张昌文 , 王培吉

人工晶体学报

基于密度泛函理论的第一性原理,采用广义梯度近似(GGA)下的线性缀加平 面波(FP-LAPW)方法,应用WIEN2K软件计算了超晶胞结构Sn1-xNxO2材料的总态密度、能带结构和光学折射率及介电函数虚部.计算结果表明掺杂后费米能级向低能方向移动,随着掺杂量的增加,Sn1-xNxO2材料的价带和导带的分裂程度增强,禁带宽度逐渐减小,并且在1.35~ 2.50 eV的能量范围上形成了杂质带,其主要来源是N的2p态上的电子.分析Sn1-xNxO2材料的能带结构可知掺杂前后均是直接跃迁半导体,掺杂后其介电函数谱和折射率也与带隙相对应地发生红移,介电谱的跃迁峰与电子从价带到导带的跃迁有关,从理论上指出光学性质与电子结构之间的内在关系.

关键词: 超晶胞SnO2 , 光电性质 , 第一性原理

Fe,Mn共掺SnO2超晶格电子结构和光学性质研究

王喆 , 逯瑶 , 王培吉

人工晶体学报

基于密度泛函理论的第一性原理,采用了广义梯度近似(GGA)处理交换相关势,用Wien2k软件计算了SnO2超晶格掺杂单层Mn、双层Mn及Fe、Mn共掺情况下的态密度、能带结构、光学性质.结果表明SnO2超晶格单掺Mn时,材料表现为半金属性,这是由于Mn-3d与O-2p的耦合作用,而双层Mn掺杂时仅有O-2p提供.随Mn掺杂层数的增加,其光学性质在低能级处的峰值增大,光学吸收边发生红移,材料透光性能增强.当Fe、Mn共掺时,态密度向低能方向移动,能带结构在Fermi能级附近出现自旋极化,材料表现为半金属性,这是由于Fe与Mn强烈耦合所致.材料的吸收谱、反射谱、能量损失图谱变化趋势一致,但共掺杂比单掺时各谱更向低能方向移动.

关键词: SnO2超晶格 , 态密度 , 电子结构 , 光学性质 , 第一性原理

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