《應變驅動磁電多鐵性BiFeO3準同型相界的第一性原理研究》是依託浙江大學，由劉涌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：應變驅動磁電多鐵性BiFeO3準同型相界的第一性原理研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：劉涌
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過製備異質外延鐵酸鉍(BiFeO3，BFO)薄膜，獲得更好的鐵電、壓電性能,是當前國內外在磁電多鐵性功能材料領域的研究熱點之一，但是人們對其性能增強機制的認識仍存在不足。最新實驗結果在BFO薄膜中發現了單斜相與菱方相共存的準同型相界(Morphotropic Phase Boundary, MPB)。雖然實驗並未解析出單斜相的晶體結構，但是大大拓寬了應變增強BFO鐵電性能的研究思路。本項目採用密度泛函理論，結合晶格動力學與群因子分析，從解析BFO單斜相晶體結構入手，以應變驅動的、有單斜相參與的相變過程為重點，圍繞BFO在MPB附近的晶體結構、電子結構和極化方向、自發極化強度等性能的演化規律，深入探索應變增強BFO鐵電性能的作用機理。該研究工作將為運用應力、應變手段設計和製造性能更為優異的磁電多鐵性BFO薄膜提供理論依據和指導。
結題摘要
採用第一性原理的理論計算方法，利用軟模驅動預測相變結構的方法，從動力學非穩定的P4mm結構開始，推導等靜壓應力誘導下BFO的相變路徑, 以及結構和性能的演化規律，為以後無鉛材料中的MPB研究提供基礎和思路，也為BFO在器件套用上提供一定的理論依據，拓展研究思路。 在等靜壓應力作用下鐵電性四方相(P4mm) BiFeO3晶體在聲子振動模式E的軟化驅動下轉變成為鐵電性的單斜Bm相，臨界相變壓力為13.3 GPa。計算自發極化率、極化角度、單胞體積和波爾磁子等結構參數隨等靜壓應力的變化情況，結果顯示該鐵電相變具有二階相變的特性，並伴隨著a-b平面內的鐵電畸變的發生。在外延應變作用下鐵電性的四方相BiFeO3晶體同樣在軟模E的驅動下轉變成為鐵電性的單斜Bm相，與等靜壓應力作用效果相同，其臨界應變為-9.7%。對於深入認知無鉛材料中的MPB（準同型相界，Morphotropic Phase Boundary）現象此研究結果將提供重要的信息。 本項目把軟模驅動預測相變的方法也套用到其他材料中，取得了一定的成果。
