【摘要】：本文首先綜述了鈣鈦礦材料自身和界面上比較前沿的研究進(jìn)展,表明鈣鈦礦材料有廣闊的研究空間。然后引入漂移擴(kuò)散模型在鐵電材料表面電勢(shì)的模擬,以及電致電阻效應(yīng)的解釋方面的工作,表明漂移擴(kuò)散模型普遍適用于電荷動(dòng)力學(xué)過(guò)程的模擬。通過(guò)密度泛函理論計(jì)算,對(duì)于基于鐵電材料的極化金屬開(kāi)展了細(xì)致的研究,得出了幾個(gè)有重要實(shí)際意義的結(jié)果。本論文的主要內(nèi)容如下:1.對(duì)鐵電材料表面電勢(shì)的研究,是最近發(fā)展的一種非接觸式的研究方法,對(duì)于鐵電狀態(tài)的非接觸、非破壞性讀取,在存儲(chǔ)領(lǐng)域有著巨大的前景。通過(guò)引入合適的假設(shè),我們發(fā)展了鐵電材料表面電荷動(dòng)力學(xué)理論,解釋了鐵電材料表面電勢(shì)的衰減,以及光照(光子能量超過(guò)材料帶隙)之后表面電勢(shì)的恢復(fù)行為;也模擬了不同疇尺寸和不同疇間距對(duì)表面電勢(shì)的演化的影響。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好的符合,印證了表面電勢(shì)的電荷動(dòng)力學(xué)理論。2.對(duì)于在光場(chǎng)下、溫度相關(guān)、有氧缺陷的SrTiO_3基片中發(fā)現(xiàn)的電致電阻特性,我們建立了氧空位作為帶電離子參與導(dǎo)電過(guò)程的模型,用漂移擴(kuò)散模型模擬了不同條件下的電致電阻行為。研究表明,氧空位作為慢速離子參與導(dǎo)電過(guò)程,其作用是在外電場(chǎng)下的重新分布會(huì)引起顯著的場(chǎng)效應(yīng),使得外場(chǎng)的效果降低或增強(qiáng),從而表現(xiàn)出電致電阻現(xiàn)象。3.我們應(yīng)用密度泛函理論計(jì)算了基于孤對(duì)電子鐵電材料的PbTi_(0.875)Nb_(0.125)O_3的極化金屬性質(zhì),與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。又研究了可能的孤對(duì)電子鐵電材料SnTiO_3中自由載流子和極化結(jié)構(gòu)共存的機(jī)理,以及不同形式的相互作用在鐵電相變中的貢獻(xiàn),并且發(fā)現(xiàn)了摻雜載流子的各向異性屏蔽作用。4.我們采用密度泛函理論計(jì)算研究了非孤對(duì)電子鐵電材料BaTiO_3中壓應(yīng)力對(duì)極化金屬相的影響,發(fā)現(xiàn)壓應(yīng)力有助于提高臨界摻雜濃度,以及極化結(jié)構(gòu)存在的臨界溫度,對(duì)其機(jī)理的研究,對(duì)于獲得實(shí)驗(yàn)上易得的極化金屬材料有重要指導(dǎo)意義。5.我們采用密度泛函理論計(jì)算,提出了一種通過(guò)多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效獲得極化金屬的途徑,并通過(guò)對(duì)塊材輸運(yùn)的計(jì)算,指出在極化金屬中存在強(qiáng)各向異性的電導(dǎo)和電子熱導(dǎo),這說(shuō)明極化金屬在電子開(kāi)關(guān)等方面的應(yīng)用很有潛力。
【圖文】：

Figure 1.20 Multiferroicity driven by charge ordering. [69]圖 1.20 電荷有序驅(qū)動(dòng)的多鐵性。[69]特殊的多鐵材料，其多鐵性來(lái)自于電荷有序，這類材料多有一小部分屬于 type-II 類多鐵。電荷有序?qū)е碌蔫F電性， 1.20 很容易的解釋。[69] 一個(gè)均勻的一維原子鏈，如果荷轉(zhuǎn)移（如不同種類的原子之間形成的化學(xué)鍵），而不存空間上看該電荷有序態(tài)仍然是均勻分布的，稱為“sitece果相鄰原子之間只存在相對(duì)位移而不存在電荷轉(zhuǎn)移，盡管化效應(yīng)，但是也不會(huì)出現(xiàn)電極化，這稱為“bondcenteredchered charge order 和 bond centered charge order 結(jié)合在一起子都會(huì)有一個(gè)凈電偶極矩，而且總體上看系統(tǒng)已經(jīng)打破了導(dǎo)致鐵電性的出現(xiàn)。

Figure 2.3 The Monte Carlo simulation results.圖 2.3 蒙特卡洛模擬結(jié)果。3 中，上圖表示表面電勢(shì)的變化趨勢(shì)，下圖表示電荷分布的示初始狀態(tài)，藍(lán)線表示衰減一段時(shí)間后的狀態(tài)，紅線表示出，，模擬的表面電勢(shì)在變化趨勢(shì)上與我們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析洛模擬在這里有兩個(gè)缺點(diǎn)：一方面不能模擬載流子的復(fù)合較少，不能找到其變化規(guī)律�？朔厦嫣岬降膬蓚�(gè)缺點(diǎn)，我們建立了更完善的表面電荷時(shí)漂移擴(kuò)散模型 [92, 93] 去模擬表面電勢(shì)隨著時(shí)間的演化之后，甚至能求得表面電勢(shì)差的解析解。我們改進(jìn)了文，如圖 2.4 所示，假設(shè)等寬的鐵電疇區(qū)沿 y 軸方向無(wú)限延 x 方向，z 軸垂直于薄膜表面，極化方向沿著 z 軸，且相
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB34

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