多鐵BiFeO3及其摻雜的第一性原理研究.pdf

1、BiFeO3(BFO)是目前在室溫以上能夠同時(shí)具有鐵電有序和G型反鐵磁有序的多鐵材料，其鐵電居里溫度Tc=1103K，奈爾溫度TN=643K。由于電荷有序與自旋有序的共存及其交互作用，使其成為最具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦投喙δ懿牧?。?shí)驗(yàn)結(jié)果表明摻雜可以對(duì)其改性，提高其鐵電性鐵磁性，但微觀機(jī)理尚不清楚。所以本論文采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理方法計(jì)算了鐵磁鐵電體BFO及其摻雜材料的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，探索其微觀機(jī)制，主要結(jié)果如下：

2、r>　　 1、BFO是間接帶隙材料，使用剪刀算符后Eg=2.5eV；Mulliken電荷布居給出BFO中Fe3+離子的自旋為2.13h；光學(xué)性質(zhì)計(jì)算得出，BFO的折射系數(shù)n=2.5，靜態(tài)介電常數(shù)ε1(0)=6(≈n2=6.25)，與實(shí)驗(yàn)相吻合。
　　 2、采用LSDA+U方法和GGA+U方法計(jì)算了BFO母體的電子結(jié)構(gòu)和自旋磁矩。計(jì)算結(jié)果表明，使用GGA+U方法計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值更接近。這說明BFO中存在強(qiáng)相互關(guān)聯(lián)勢(shì)，在這種體系

3、中不能忽略電子間的相互作用力庫侖力。
　　 3、使用稀土元素La3+離子替代A位Bi3+離子。計(jì)算結(jié)果表明：La的摻入使Bi6s態(tài)向低能方向移動(dòng)，有利于鐵電性的形成；而且La的摻入破壞了原有的螺旋磁結(jié)構(gòu)，使材料呈現(xiàn)出弱磁性。
　　 4、使用磁性離子替代B位的Fe3+離子。計(jì)算得到：材料仍然是間接帶隙，其中只有Co的雜質(zhì)能級(jí)填充了BFO的帶隙；磁性離子替代后也使Bi6s態(tài)向低能方向產(chǎn)生移動(dòng)；并且由于摻入的磁性離子自旋與Fe