用第一性原理研究VO2相變以及氧空位對(duì)相變的影響.pdf

1、二氧化釩(VO2)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的熱致相變材料，隨著溫度的降低，VO2將發(fā)生從金屬相到絕緣體相的轉(zhuǎn)變并伴隨著晶格對(duì)稱性的變化，相變溫度為340K，VO2晶格結(jié)構(gòu)從四方金紅石突變?yōu)閱涡苯Y(jié)構(gòu)，同時(shí)，光學(xué)特性也隨之發(fā)生變化，并且相變是可逆的;另外，VO2能在多種激勵(lì)方式下發(fā)生相變，例如熱致、光致、電致及應(yīng)力致相變等，因此這種材料具有重要的研究?jī)r(jià)值。利用VO2相變做成的各種器件在通信，信息存儲(chǔ)，傳感等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。在基礎(chǔ)研究方面

2、，金屬-絕緣體相變是凝聚態(tài)物理中一個(gè)非常重要的現(xiàn)象，是強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中電子性質(zhì)研究的重點(diǎn)和中心課題。
　　本文基于密度泛函理論(DFT)計(jì)算了相變前后含不同氧空位濃度VO2塊材料和納米線超胞模型的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。運(yùn)用GGA+U計(jì)算單斜相（M1相）VO2塊材料超胞的電子結(jié)構(gòu)，構(gòu)造氧空位缺陷，進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及性質(zhì)的計(jì)算，運(yùn)用GGA計(jì)算四方金紅石相（R相）VO2塊材料超胞對(duì)應(yīng)的性質(zhì)，構(gòu)造VO2納米線結(jié)構(gòu)超胞，并計(jì)算其存在氧空位前后的

3、電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)，來模擬研究氧空位缺陷對(duì)VO2塊材料及VO2納米線結(jié)構(gòu)相變性質(zhì)的影響。
　　計(jì)算結(jié)果顯示，M1相VO2塊材料帶隙為0.796eV，氧空位濃度分別為1.04％和2.08％時(shí)帶隙為0.772eV和0.687eV，因此當(dāng)在VO2相變過程中氧空位能減少相變所需要的能量勢(shì)壘，可以促進(jìn)VO2相變。而在R相VO2塊材料中氧空位濃度對(duì)于其電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響會(huì)隨著氧空位具體的位置不同而不同。VO2納米線結(jié)構(gòu)M1相超胞不含氧空