摻雜BiFeO-,3-性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、多鐵性材料同時具有鐵電性和鐵磁性，并且存在磁電耦合效應(yīng)，從而可以實現(xiàn)鐵電性和磁性的相互調(diào)控，可能成為一種新型功能材料，有著廣闊的應(yīng)用前景。BiFeO3作為幾乎唯一的室溫單相多鐵材料，引起人們越來越多的關(guān)注，成為當前多鐵性研究最主要的材料體系之一。在鐵電性方面，BiFeO3薄膜大的漏導問題已經(jīng)基本解決，具有大的剩余極化的BiFeO3薄膜已經(jīng)被制備出來；但是，BiFeO3材料室溫下的鐵磁性非常弱，離應(yīng)用還有差距，因此如何增強BiFeO3的磁

2、性是目前需要解決的最主要的問題之一。 隨著密度泛函理論和計算機硬件的不斷發(fā)展，基于第一性原理的計算已成為研究多鐵材料的一個常規(guī)方法。本文采用密度泛函理論(DFT)結(jié)合投影綴加波PAW(projector augumented wave)方法的VASP(Vienna ab-initio simulationpackage)軟件包，對BiFeO3以及對其B位摻雜替代形成的材料進行第一性原理研究。 本論文主要包括了兩個部分，第

3、一部分包含四個章節(jié)，主要內(nèi)容包括：論文研究背景和意義，多鐵性及實現(xiàn)多鐵性的思路，BiFeO3的鐵電性、鐵磁性及其不足，密度泛函理論。論文第二部分包含兩個章節(jié)：第五章計算了多鐵材料BiFeO3的磁結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)；在第六章中為提高BiFeO3的鐵磁性，對其進行了B位過渡元素替代摻雜，計算了BiFe0.5Mn0.503、BiFe0.5Ni0.503. BiFe0.75Co0.25O3材料的磁結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)。 本文第

4、五章計算結(jié)果表明：BiFeO3的鐵電性主要來源于Bi原子的相對位移，保持Bi和其他原子的相對位移不變，就可以較好地保持BiFeO3材料的鐵電性；盡管Fe原子具有較大的磁矩，但由于體系的反鐵磁結(jié)構(gòu)導致原子磁矩大部分相互抵消，整體幾乎不顯示鐵磁性。在第六章中研究了對BiFeO3的B位過渡元素替代摻雜，計算結(jié)果表明：B位上Co、Ni、Mn雜質(zhì)的摻入基本不會改變BiFeO3原有的鐵電結(jié)構(gòu)，可以推斷摻雜對材料鐵電性影響不大；同時摻雜導致原有的G型