BiFeO3結構與性能的第一性原理研究.pdf

1、多鐵材料是一種同時具有鐵電性、鐵磁性或鐵彈性的材料,作為新型多功能材料,它可以用來轉換能量,傳感信號,檢測磁(電)場等。BiFeO3是一種典型的單相多鐵材料,研究表明BiFeO3的鐵電極化起源于Bi3+的6s2孤對電子,但它的鐵磁性就比較復雜,并非簡單的反鐵磁有序,而是具有空間調制的螺旋磁結構。正是由于其結構的特殊性,而引起了人們廣泛地研究。
　　 本文利用第一性原理研究BiFeO3的結構與性能,主要內容如下:
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2、.不同的強關聯(lián)勢對BiFeO3結構的影響;從電荷密度和態(tài)密度分析出BiFeO3各態(tài)之間的相互作用,并給出鐵電性的起因。BiFeO3存在著兩種扭曲形式,在[111]方向上Bi3+相對FeO6八面體位移和FeO6八面體沿[111]極化方向上的反鐵扭曲旋轉,通過這兩種扭曲方式衍生出多種結構,并得出七種不同空間群的BiFeO3結構特征(R3c,R3m,P4mm,Cm,Fm(-3)m,R(-3) m和R(-3)c)。
　　 2.引入兩個共

3、頂點四面體模型更加清晰地描述BiFeO3的鐵電轉變。在鐵電轉變過程中,順電相的能量、原子占位和極化極化強度都存在突變,對于在反鐵磁相下順電相的O原子磁矩具有微小的自旋阻挫,這是導致鐵電轉變過程中出現(xiàn)突變的原因。在順磁相中鐵電相和順電相之間的能量差為140 meV左右,估算出鐵電轉變溫度Tc大約為1500K。分別用玻恩有效電荷和貝里相位計算得出其鐵電極化強度分別為86.2和98.0μC/cm2。
　　 3.總結四方相(P4mm)B

4、iFeO3的基本性質,從態(tài)密度和玻恩有效電荷中得到四方相的的鐵電性是由Fe原子和頂角O原子之間成鍵引起的,采用貝里相位方法得出穩(wěn)定的四方相極化強度為152.76μC/cm2。采用海森堡交換模型分析應變對磁有序的影響,在較小的晶格常數(shù)下,C-AFM比較穩(wěn)定,隨著晶格常數(shù)的增加,其磁有序轉變?yōu)镚-AFM。還得出隨著晶格常數(shù)a的增加,c/a比值相應變小,而其極化強度卻逐漸減小。最后構造四方相[001]方向的BiFeO3表面模型,通過比較界面能