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《南开大学》 2001年
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晶体缺陷能学计算及铌酸锂的缺陷结构

冯少新  
【摘要】: 评述了原子尺度研究离子晶体的经验途径计算:经验模型介绍、离子之间 互作用势的选取、如何通过与实验数据拟合确定模型和势函数中出现的经验参 数取值以及点缺陷形成能计算中使用的Lidiard-Norgett分区战略和Mott-Littleton 近似。 论文引用近期报道的实验数据对碱土氟化物离子晶体进行了新一轮能学研 究,根据我们更为合理取值的经验参数集计算晶体物性与实验观测结果有超过 前人研究的全局性符合。继而将研究延伸到四方结构氧化物金红石TiO_2:评述 电子壳模型因共价结合介入而引起的理论局限,通过数值计算实践总结“计算 —实验”拟合误差与经验参数集取值范围的对应规律。为进一步研究低对称、 三元系氧化物LiNbO_3作了准备。 LiNbO_3因优异的非线性光学性能在信息科技领域倍受关注;它的许多技术 应用性能与它容纳缺陷的柔性相关联。为从能学角度论证LiNbO_3本征缺陷结构 ——一则持续多年争议而未决的重大基础性问题,我们启用90年代发展的 relaxed fitting方法;放宽某些物性的拟合误差,通过调节经验参数集取值以保 证对于后续缺陷形成能计算至关重要的物性(如结构、高频介电常数等)的拟 合精度。 由于拟合途径的合理更新及在与实验数据拟合中衡权精度的舍取均一定程 度地克服了目前理论局限性带来的负面影响。这样我们认为锂亏欠组份LiNbO_3 晶体中的主导本征缺陷为锂空位和铌反位的结论有较高的可信度。此外我们还 引用ab-initio计算得到的离子电荷分配,Li~(0.98)Nb~(3.67)(O~(-1.55))_3,按离子非整数荷电 量重复了以上结论的能学计算论证。 论文最后尝试性地研究了LiNbO_3的非本征缺陷问题:分析计算质子在铌酸 锂晶体中的占位,计算羟基振动频率并与实验比较,红外吸收各个峰所对应的 羟基与本征缺陷位置之间的几何关系;讨论了一致熔化组份LiNbO_3晶体中镁掺 杂缺陷的结构,离子取代模式随掺镁浓度的演化;计算高渗镁对质子占位形成 的影响,论证导致羟基红外吸收带移动的缺陷复合体是Mg_(Nb)—OH,而不是Mg_(Nb) —OH—Mg_(Li)。
【学位授予单位】:南开大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:O77

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