《過渡金屬氧化物表面和界面的電子結構及微觀機理研究》是依託武漢理工大學，由李艷麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：過渡金屬氧化物表面和界面的電子結構及微觀機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李艷麗
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
過渡金屬氧化物的表面和界面結構具有十分豐富和獨特的物理性質，在基礎學科和工業領域都具有重要的研究和套用價值，因此吸引了廣泛的關注。本項目主要採用基於密度泛函理論的第一性原理方法，並結合Hubbard理論（LDA+U）和Gutzwiller變分方法（LDA+Gutzwiller），對一些特殊構型的過渡金屬氧化物表面和界面的電子結構進行計算模擬，研究分析其晶格、電荷、軌道以及自旋之間的相互作用規律並解釋其微觀機制和產生機理；同時結合實驗上已合成的光電電池、自旋閥等分子器件,研究其表面和界面的自旋極化，電荷分布以及電子-聲子耦合等性質，並預測新的表面和界面結構。在研究方法上，我們準備將晶體計算中採用的周期性邊界條件改為開放性邊界條件，在保證精度的同時提高運算效率。在研究對象上，我們把比較複雜的有機材料引入到表面和界面問題，將為進一步設計、合成新型量子器件提供理論依據。
結題摘要
我們的主要工作如下： 1.對不同厚度（1-6層）的ZnO(0001)納米薄膜進行了原子結構最佳化和電子結構分析，最佳化以後的ZnO薄膜具有石墨烯狀的結構，根據熱電理論，這種層狀結構應該具有較好的熱電性能。因此，我們在此基礎上對不同厚度的ZnO(0001)薄膜進行了電子能帶結構和熱電輸運係數的計算，計算結果表明在一定厚度以下，ZnO(0001)薄膜的塞貝克係數，電導，以及功率因子都比相應塊體提高了很多，且薄膜越薄熱電性能越好，其中一層膜的結構，功率因子提高了大約10倍，熱電優值提高了大概120倍。我們又進一步分析了其產生的機理。由此我們預測ZnO薄膜具有較好的熱電套用前景。該工作已經發表在Journal of Applied Physics上面。 2.研究了具有O缺陷的SrTiO3(001)表面結構，構建了11種模型。通過計算這11種模型的電子結構，磁性和穩定性。我們發現O缺陷的位置對SrTiO3(001)表面的磁性，導電性以及穩定性都有很大的影響。鐵磁性，反鐵磁性以及順磁性在不同的模型結構中都表現出來。同時計算結果表明金屬性，半金屬性以及半導體性質也受O缺陷的位置的影響。我們還給出了SrTiO3(001)表面自由能隨著Sr和O的化學勢的變化關係，並對其進行了細緻深入的分析。為研究鈣鈦礦結構的過渡金屬氧化物表面提供了一定的參考。 3.對MgO的低密勒指數表面的穩定性，能帶和電子結構進行了詳細的理論計算和分析，發現MgO(001) 和(011)表面具有半導體性，與MgO塊體類似。而MgO(111)表面具有金屬性，說明MgO塊體的性質在(111)面被破壞。
