摻雜型鈣鈦礦SrMO3(M=Ru,Ti)結(jié)構(gòu)和性能的第一性原理研究.pdf

1、本文采用含超軟贗勢(shì)平面波方法的廣義梯度近似和局域密度近似第一性原理對(duì)SrRuO3/SrTiO3/SrRuO3隧道結(jié)中的氧空位情況進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)對(duì)Na和Fe摻雜SrRuO3的結(jié)構(gòu)、電子和磁學(xué)性質(zhì)，以及Ti摻雜SrRuO3的結(jié)構(gòu)、電子和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)研究。
　　首先，采用第一性原理計(jì)算方法對(duì)SrRuO3/SrTiO3/SrRuO3磁性隧道結(jié)的氧空位形成能進(jìn)行了相關(guān)研究。結(jié)果表明該體系的氧空位形成能的大小除了主要受到金屬-氧鍵的

2、斷裂的影響外，還受到界面晶格參數(shù)匹配情況的影響。計(jì)算結(jié)果表明氧空位的分布集中在晶格生長(zhǎng)的界面上。此外，本文還對(duì)最低氧空位形成能模型的兩個(gè)界面的電子環(huán)境和磁性環(huán)境的不對(duì)稱(chēng)性進(jìn)行了評(píng)估。
　　其次，采用含超軟贗勢(shì)平面波方法的廣義梯度近似和局域密度近的第一性原理對(duì)Ru摻雜立方相SrTiO3體系進(jìn)行了研究。計(jì)算的晶格常數(shù)與實(shí)驗(yàn)值吻合。用電子結(jié)構(gòu)分析表明SrTiO3和SrRu0.125Ti0.875O3分別為絕緣體和導(dǎo)體，原因是Ru-O的雜

3、化使體系在費(fèi)米能級(jí)上的電子數(shù)升高，并且從能帶結(jié)構(gòu)圖上可以得知，Ru-O雜化帶使得費(fèi)米能級(jí)穿過(guò)了價(jià)帶，從而摻雜的體系發(fā)生了絕緣體-導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，這與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吻合。本文還計(jì)算綜合分析了SrTiO3和SrRu0.125Ti0.875O3的彈性常數(shù)，體積彈性模量，各向異性常數(shù)，并預(yù)測(cè)了其德拜溫度，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值相近。
　　第三，基于密度泛函理論含超軟贗勢(shì)平面波的方法，在廣義梯度近似并考慮庫(kù)倫排斥作用(GGA+U)下研究了對(duì)于Na摻雜SrR

4、uO3體系的結(jié)構(gòu)，電子及磁性質(zhì)。對(duì)模型的基態(tài)能量計(jì)算表明，所有的模型都處于穩(wěn)定的順磁性狀態(tài)。Na的摻雜使RuO6八面體發(fā)生了比較強(qiáng)烈的Jahn-Teller畸變。Na摻雜削弱了SrRuO3的斯托納(Stoner)效應(yīng)，從而導(dǎo)致了SrRuO3磁性減小。能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度的計(jì)算結(jié)果表明，Na摻雜使得SrRuO3在費(fèi)米能級(jí)附近的能帶相互遠(yuǎn)離，降低了費(fèi)米能級(jí)上的電子數(shù)量，通過(guò)積分計(jì)算可得出費(fèi)米能級(jí)以上的電子數(shù)量同樣減少了。綜合可得Na摻雜雖然可以