鈣鈦礦型鐵電超薄膜和超晶格的第一性原理研究

《鈣鈦礦型鐵電超薄膜和超晶格的第一性原理研究》是依託清華大學，由王山鷹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鈣鈦礦型鐵電超薄膜和超晶格的第一性原理研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王山鷹
• 項目類別：面上項目

項目摘要

鈣鈦礦型鐵電超薄膜和超晶格是當前物理學與材料科學交叉領域的研究熱點，在凝聚態基礎理論方面和功能材料的實際套用方面都有重要意義。由於尺寸效應、力學和電學邊界等條件的影響，鐵電超薄膜和超晶格系統具有很多獨特性質。本項目將設計不同類型的ABO3型鐵電氧化物超薄膜和超晶格結構，採用第一性原理方法和基於第一性原理計算的有效哈密頓量方法，從原子尺度研究表面界面效應、應變、靜電效應、有限電導、缺陷等對鐵電特性的影響，研究溫度對鐵電相變的影響，探討其中的鐵電相變過程、相變機制、臨界厚度等問題。在此基礎上，尋找可能具有優良性能的、適合實際套用的鐵電氧化物超薄膜和超晶格材料，為設計和發展新型的、滿足特定使用條件的相關材料提供必要的借鑑和參考。

結題摘要

近年來出現的多鐵性材料具有獨特的鐵電、磁電耦合等物性，其研究具有重要科學意義和廣泛的套用前景。基於第一性原理方法，針對多鐵性材料BiFeO3的鐵電、彈性、光學特性；六角稀土鐵氧化物（RFeO3）的鐵電極化、磁性；高壓下的ABX3、A2X3型鈣鈦礦和後鈣鈦礦結構的相變特性等方面展開研究，取得了一些重要結果。研究了應力對菱形相BiFeO3的能隙和光學特性的影響，發現單軸應力可調節帶隙，產生間接帶隙到直接帶隙轉變以及紅移現象，可將帶隙調整到光伏套用所需最佳值。研究了四方相BiFeO3的彈性、光學各向異性以及藍移現象，結果表明四方相沿C軸方向比A軸易於壓縮，彈性常數除C44外隨體積增大而減小，反鐵磁的四方相比菱形相軟；四方相的介電函式相對菱形相出現整體藍移現象，有雙折射現象。研究了化學壓和靜水壓對六角RFeO3的磁電性質影響，發現體系的極化隨化學壓增加而增加，產生磁相變，出現弱的鐵磁性。六角RFeO3的反常鐵電機制導致隨靜水壓增加，體系極化上升的反常現象。研究了高壓下ABX3、A2X3型鈣鈦礦和後鈣鈦礦結構的相變特性，預測了後後鈣鈦礦結構的普遍存在性，即傾向於出現在A位離子半徑較小的體系中。這些研究對於材料設計及性能預測、相關器件的研發具有重要的參考意義。