雙鈣鈦礦型多鐵性材料Bi2NiMnO6結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的第一性原理計算.pdf

1、隨著當(dāng)代計算機技術(shù)的發(fā)展，人們對器件的集成化、微型化提出了更高的要求，這就需要探求具有多種功能的新型器件、新型材料。而單相多鐵性材料同時具備鐵電性（反鐵電性）和鐵磁性（反鐵磁性）等特點，通過電性和磁性相互作用會產(chǎn)生更多的新的特性。因此，在高科技時代的背景下，這種多鐵性材料具有廣泛的應(yīng)用前景。目前多鐵性材料的理論研究集中在對結(jié)構(gòu)和性能內(nèi)在關(guān)系的探究，實際應(yīng)用則側(cè)重尋找綜合性良好的多鐵性材料。因此本論文針對雙鈣鈦礦型多鐵性材料 Bi2NiM

2、nO6在理論和應(yīng)用方面進行了一些有益的探索和嘗試，具體研究內(nèi)容如下：
　　一、對在0GPa、30 GPa下單斜相的Bi2NiMnO6的鐵磁態(tài)和亞鐵磁態(tài)分別進行了結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究。研究表明，基態(tài)下的Bi2NiMnO6優(yōu)先以鐵磁態(tài)的方式存在，與外界壓力無關(guān)；加壓可以使Bi2NiMnO6的磁性增強，但是穩(wěn)定性卻降低。
　　二、對多鐵性材料Bi2NiMnO6進行了B位Co摻雜研究。Bi2Ni（1-x）CoxMnO6（x=0.0625

3、;0.125;0.25;0.5）即摻雜率分別為6.25％、12.5%、25%和50%，并對摻雜體系的晶體結(jié)構(gòu)，電子結(jié)夠，能帶結(jié)構(gòu)以及磁學(xué)性能進行了詳細分析。研究發(fā)現(xiàn)，Bi2Ni（1-x）CoxMnO6是具有半金屬性的直接帶隙半導(dǎo)體，優(yōu)先以鐵磁態(tài)的方式存在，摻雜體系穩(wěn)定性較強，并且在x=0.25時綜合性能最好；材料中存在三種交換路徑：-Ni2+-O-Mn4+-O-Ni2+-，-Co2+-O-Mn4+-O-Ni2+-以及-Co2+-O-Mn

4、4+-O-Co2+-，這是體系出現(xiàn)鐵磁性的根源。Co的加入使Mn上的電子更易躍遷走，從而使得Mn的凈電子數(shù)減小，導(dǎo)致Mn的磁矩降低。而產(chǎn)生的-Co2+-O-Mn4+-O-Co2+-鐵磁超交換作用，一方面彌補了Mn磁矩的減小，一方面使晶體整體磁矩增大，因此隨Co摻雜濃度的提高，體系磁性增加。Bi2Ni（1-x）CoxMnO6的電學(xué)特性與磁學(xué)特性的緊密關(guān)聯(lián)，使該體系在磁、電器件和自旋電子學(xué)領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
　　三、Bi2N

5、iMnO6中的B位原子完全被Co代替后得到Bi2CoMnO6。對優(yōu)化后的鐵磁態(tài)Bi2CoMnO6體系的能帶結(jié)構(gòu)以及電子性能、磁學(xué)性能進行了分析，并將結(jié)果同Bi2NiMnO6和Bi2Ni（1-x）CoxMnO6體系進行了對比。經(jīng)過探究可以得出，BCMO材料是一種呈現(xiàn)半金屬性的間接帶隙半導(dǎo)體，其晶格畸變較嚴重，穩(wěn)定性、鐵磁性均弱于Bi2NiMnO6和Bi2Ni（1-x）CoxMnO6體系。這是因為，BCMO中發(fā)生鐵磁超交換作用后的 Co2+