in掺杂钛酸锶电子结构第一性原理研究报告

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1、.伊犁师范学院物理科学与技术学院2013届本科毕业论文(设计)论文题目：In掺杂SrTiO3电子结构的第一性原理研究作者姓名：尹伟班级：09-2B班专业：物理学学号：09070201104指导教师：黄以能教授张丽丽助教完成时间：2013年5月25日物理科学与技术学院二〇一三年五月-..In掺杂SrTiO3电子结构的第一性原理研究内容摘要本文应用第一性原理计算软件MaterialStudio6.0中CASTEP模块，研究了In掺杂SrTiO3电子结构性质，得到了优化后的体系结构参数能带结构和电子态密度。对于In掺杂SrTiO3能带结构的计算表明，纯净的SrTiO3是绝缘体，

2、In替换Ti掺杂后掺杂前费米能级处于价带顶，掺杂后费米能级进入价带中,说明In掺杂后的SrTiO3由绝缘性变为可导电性。同时通过对态密度图进行分析可知，In替换Ti掺杂SrTiO3后，原SrTiO3的Ti-O八面体结构被破坏。关键词:SrTiO3第一性原理能带结构IndopingSrTiO3First-principlesStudyoftheElectronicStructureAbstractUsingfirstprinciplescalculationsoftwareMaterialsStudio6.0CASTEPmodule,studiedInSrTiO3doped

3、electronicstructureproperties,bandstructuregottheoptimizedstructureparametersandelectronicdensityofstates.FordopingInSrTiO3bandstructurecalculationshowthatthepureSrTiO3isaninsulator,InreplacementofTidopedafterdopingbeforeFermilevelInthevalenceband,Fermilevelintothevalencebandafterdoping,i

4、nstructionsInSrTiO3dopedafterbyinsulationintoelectricalconductivity.Atthesametime,throughtheanalysisofstatedensitydiagram,thereplacementofTidopedInSrTiO3,originalSrTiO3Ti-Ooctahedralstructurewasdestroyed.Keywords：SrTiO3firstprinciplesBandStructure-..目录1、引言11.1钙钛矿材料概述11.2钛酸锶的物理特性及研究现状12、研究

5、目的与方法22.1第一性原理22.2密度泛函理论22.2.1多粒子体系的薛定谔方程32.2.2绝热近似32.2.3Hohenberg-Kohn定理32.2.4Kohn-Sham方程42.2.5交换关联泛函42.3应用密度泛函计算晶体物理性质的过程52.4软件介绍（CASTEP）63、能带结构和态密度分析的一般方法74、计算与分析94.1建立模型94.2几何优化和能带结构104.3态密度115、结论12参考文献13-..致谢14-..1、引言铁电体材料具有压电、电光、声光、和非线性光学等效应。钙钛矿型铁电体是一类非常重要的铁电材料，也是人们研究最广的一类铁电材料，本文所研究

6、的钛酸锶(SrTiO3)也属于钙钛矿材料。从20世纪40年代，有关铁电体的研究就已经开展起来，早期的理论研究模型有朗道理，赝自旋模型和晶格动力模型等，长期以来，人们从实验和理论两个方面对铁电体材料进行了大量研究。20世纪90年代，第一性原理计算方法成为了钙钛矿的一种常规方法。1.1钙钛矿材料概述钙钛矿型铁电体的通式为ABO3，A是一价或是二价阳离子，可以是碱土金属或是稀土元素，其配位数为12[1]，B对应着五价或是四价过渡金属阳离子，其配位数为6[1]。最典型的例子就是SrTiO3和BaTiO3。在足够高的温度下，所有的钙钦矿铁电体都在顺电相，也就是自发极化为零的立方结构

7、，这时钙钦矿结构可以用简立方晶格来描述，每个格点代表图1.1所示的一个结构基元，显然它也是一个化学式单元。顶角为较大的A离子占据，体心为较小的B离子占据，六个面心则为O离子占据。这些氧离子形成了氧八面体，B离子处于其中心。与其它铁电材料相同，钙钛矿结构在高温下表现正常的介电性质，温度下降发生相变后的结构存在自发极化，且自发极化有两个或多个可能的取向，在电场作用下，其取向可以改变。图1.1钙钛矿型铁电体的结构基元1.2钛酸锶的物理特性及研究现状钛酸锶(SrTiO3)是钙钛矿结构的重要功能陶瓷材料,由于SrTiO3具有在较高的温度