應(yīng)變工程是調(diào)控材料特性的重要手段。在ABX3型鈣鈦礦材料中,由于應(yīng)變與不同晶格畸變之間存在著強烈耦合,采用應(yīng)變工程可以誘導(dǎo)出鐵電性、光電性、多鐵性等許多新奇的多場耦合特性。應(yīng)變與晶格畸變之間的耦合不僅包含許多基本科學(xué)問題,而且在材料的設(shè)計與制備中具有重要的應(yīng)用價值。深入地理解ABX3型鈣鈦礦中應(yīng)變與晶格畸變耦合的內(nèi)在物理機制及其對材料特性的調(diào)控規(guī)律,對于研發(fā)具有多場耦合特性的新型鐵電材料具有重大的理論指導(dǎo)意義,并逐漸成為力學(xué)、物理學(xué)與材料學(xué)交叉科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。本論文結(jié)合原子尺度下的第一性原理計算和宏觀朗道理論,以氧族、硫族和鹵族鈣鈦礦化合物為研究對象,研究應(yīng)變-鐵電畸變耦合、應(yīng)變-八面體旋轉(zhuǎn)畸變-鐵電畸變耦合和應(yīng)變-鐵電畸變-揚-特勒畸變耦合。本論文的研究目標(biāo)是通過晶格動力學(xué)和朗道理論分析:i)探索應(yīng)變與晶格畸變之間的耦合機制;ⅱ)得到應(yīng)變和晶格畸變耦合所誘導(dǎo)的鐵電性并為實際應(yīng)用提供理論指導(dǎo);ⅲ)激發(fā)特定晶格耦合來實現(xiàn)電場對材料電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控。通過本文研究獲得的主要結(jié)論如下:首先,通過第一性原理計算系統(tǒng)地研究了先兆鐵電體BaZrO3和BaZrO3/SrZrO3超晶格中應(yīng)變-鐵電... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１四方相的鈦酸鋇和鈦酸鉛的原子結(jié)構(gòu)和鐵電畸變（摘自文獻［１７］）

位移模式是穩(wěn)定的，并不表現(xiàn)出來。??當(dāng)溫度下降到ＢａＴｉ０３的居里溫度時，鐵電位移模式軟化，高對稱立方相結(jié)??構(gòu)不再是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，如圖１．２（ａ）所示，鐵電位移模式會降低體系的能量，??由于能量關(guān)于鐵電位移模式的二階導(dǎo)數(shù)是負(fù)的，則為負(fù)，反映在聲子譜的虛??部。則與虛頻對應(yīng)的鐵電位移模式在此溫度下軟化并形成鐵電畸變。軟模理論不??僅僅適用于鐵電畸變，同樣適用于結(jié)構(gòu)的其他畸變。我們可以通過計算高對稱相??的聲子譜，來初步判斷該結(jié)構(gòu)中由某一振動模式軟化形成的晶格畸變。例如，我??們計算了廣泛研究的ＳｒＴｉ０３的聲子譜如圖１．２（ｂ）所示，可以看出，在高對稱點??Ｒ存在著強烈的虛頻，這對應(yīng)著ＳｒＴｉ〇３基態(tài)結(jié)構(gòu)中的氧八面體面外（ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｈａｓｅ）??旋轉(zhuǎn)畸變。??（ａ）?（ｂ）???ＡＢＯ＾ｓｔｎｉｃＬ＾?ＥｎＣ，Ｓ＞７?８００?？７＾?一??Ｖ?／＼?ｙＡｔｏｎｉｉｃ??＼?／?＼?／?Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?６〇〇?？??Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?Ｐｏｓｉｔｉｖｅ?Ｏｘｙｇｏｎ??????ｉｏｎ?Ａ?ｉｏｎ?Ｂ?ｉｏｎ?「ｘｍ?「?ｒ?冬?ｘｍｒ??圖１．２?（ａ）鈣鈦礦ＡＢ０３結(jié)構(gòu)，電滯回線與原子位移的勢能曲面（摘自文獻??［２１］）

面外旋轉(zhuǎn)（各。）以及（ｃ）面內(nèi)（ｉｎ－ｐｈａｓｅ）旋轉(zhuǎn)（知）等畸變的示意圖（摘自文獻［２２］）。??Ｑｊ：?ａ°ａ°ｃ＋?、工”?Ｑ２：?ａ￣ａ＇ｃ°??圖１．?４在ＡＢ０３／Ａ’Ｂ〇３結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)鐵電性的初級序參數(shù)面內(nèi)旋轉(zhuǎn)畸變和面外傾??斜畸變（摘自文獻［２５］）。??ＡＢ０３／Ａ’Ｂ０３超晶格結(jié)構(gòu)的非本征鐵電性最早于２００８年由Ｂｏｕｓｑｕｅｔ等人提??出［２２］，如圖１．３所示，他們通過理論和實驗證實了存在在。‘／５三階耦合誘導(dǎo)非本??征鐵電性。隨后Ｒｏｎｄｉｎｅｌｌｉ等人提出了構(gòu)造非本征鐵電超晶格的普適原理［２５］，如??圖１．４所示，他們指出，鐵電極化可以通過氧八面體傾斜、旋轉(zhuǎn)及鐵電畸變?nèi)A??４??


本文編號：2954263