超晶格中應(yīng)變與光電特性耦合行為的第一性原理研究.pdf

1、相對(duì)于單體材料比較單一的特性，由多種不同組分材料周期交替生長(zhǎng)而成的鐵電超晶格具有更加優(yōu)異的性能，例如極化、壓電、介電和光學(xué)性能等。大量研究表明影響超晶格性能的主要因素有超晶格組分、晶格與襯底之間不匹配應(yīng)變、靜電場(chǎng)和超晶格中各組分之間界面效應(yīng)等。根據(jù)第一性原理，本課題利用VASP軟件對(duì)含極性不連續(xù)的BiAlO3/PbTiO3鐵電超晶格的極化和壓電性能的影響因素進(jìn)行了模擬分析，考慮的影響因素包括應(yīng)變、組分、界面；本課題另一個(gè)主要的部分是研究

2、了應(yīng)變對(duì)于四方相BiFeO3超晶格極化和光學(xué)性能的影響。
　　首先根據(jù)能量與晶格關(guān)系的曲線確定了BiAlO3/PbTiO3超晶格平衡晶格參數(shù)為a=3.82?，c=7.69?。通過計(jì)算原子位移與波恩有效電荷隨面內(nèi)晶格參數(shù)a的變化關(guān)系，研究了極化與壓電性能隨a的變化關(guān)系。隨著a的Ti的波恩有效電荷不斷增大，而O6的波恩有效電荷值不斷減小，由于Ti-O鍵對(duì)應(yīng)力非常敏感，可以推斷Ti原子和O原子之間發(fā)生了動(dòng)態(tài)電荷傳輸。對(duì)于BAO/PTO超

3、晶格來講，極化強(qiáng)度隨面內(nèi)晶格參數(shù)的增大而減??；壓電系數(shù)e33為正值且隨著a的增大而逐漸變小。
　　然后，研究了周期堆疊超晶格（BiAlO3）n/（PbTiO3）n的各項(xiàng)性能與周期層數(shù)n的關(guān)系。隨著n的增加，極化值、晶格畸變程度和能帶帶隙都呈減小趨勢(shì)。多層超晶格的局域?qū)訕O化強(qiáng)度的變化曲線表明超晶格為典型的含極性不連續(xù)的薄膜。
　　最后，研究了BiFeO3超晶格的極化與光學(xué)性能隨應(yīng)變的變化關(guān)系。極化值隨壓應(yīng)變的減小而減小。應(yīng)變平