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《西北大学》 2005年
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钙钛矿型铁电体的DV-X_α研究

朱晓红  
【摘要】:钙钛矿型铁电体材料是电子陶瓷中便用最广泛的材料,对其进行理论研究不仅具有重要的学术意义,而且也有一定的应用价值。对铁电体进行理论研究的最终目的是要实现材料设计,即根据所需要的性能设计材料的组成或根据组成预测其性质。随着量子力学、固体物理学、材料科学的发展,借助于计算机对材料进行设计已经成为材料科学发展的趋势。近十几年来,用于对铁电体进行理论研究的工具越来越多,其中,美国西北大学Ellis教授等人所创建的DV-X_α方法(Discrete Variational X_α),对即使是大尺寸的原子簇系统也能提供相当精确的电子结构,成为计算含重原子分子和固体原子簇的常用方法之一。 本论文的主要内容包括以下几个方面: 一、对ABO_3型钙钛矿铁电体材料的研究现状进行综述; 二、叙述本论文所用到的程序; 三、先兆型铁电体CaTiO_3的DV-X_α研究; 利用离散变分X_α方法对钙钛矿CaTiO_3的电子结构及总能量进行研究,得到了态密度、总能量和电荷密度等参数。在改变体积的情况下,随Ti离子位移,总能量出现最低点,表明在立方相CaTiO_3中有出现铁电相变的趋势,即CaTiO_3是先兆型铁电体。在体积增大的情况下,Ti的d电子和O的2p电子之间存在强烈的相互作用,这种相互作用是出现铁电性的必要条件。 四、纯相铁电体PbTiO_3材料的性质研究及A位掺杂对材料性能的影响; 采用离散变分方法对PbTiO_3理想晶体进行了计算。为研究A位掺杂对材料的影响,在同一条件下,对La和Sr掺杂PbTiO_3缺陷结构中的电子结构作了计算,得到了各个分子簇模型的电荷分布、总能量、态密度和轨道能级等参数。发现PbTiO_3及用La和Sr掺杂的PbTiO_3铁电体中同样存在Ti原子的d轨道与O原子的p轨道之间的强烈相互作用。La、Sr掺杂使PbTiO_3的铁电性得到了很大改善。 五、钙钛矿铁电体BaTiO_3的DV-X_α及La、Ca、Pb改性研究; BaTiO_3是典型的钙钛矿铁电材料之一,被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。为比较构型对计算结果的影响,首先用Gaussian-03程序优化铁电体BaTiO_3的晶胞构型,并在离散变分方法下计算了优化及未优化构型(实验构型)的电子结构,对结果进行
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:O611.3

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