【摘要】：鐵酸鉍(BiFeO3)是一種具備菱面體畸變的鈣鈦礦多鐵材料,它的居里溫度(Tc)高達(dá)1100 K,奈爾溫度(TN)高達(dá)640 K,因此在室溫下就可同時(shí)表現(xiàn)出鐵電極化與鐵磁性。由于具備特殊的螺旋G型反鐵磁結(jié)構(gòu),BiFeO3表現(xiàn)出的宏觀磁矩往往很弱,這使得它內(nèi)部的磁電耦合也受到了限制,進(jìn)而影響到其在電子存儲(chǔ)等方向的應(yīng)用。前人的研究表明,摻雜到BiFeO3的Fe位和O位均可有效地改善其磁結(jié)構(gòu),增強(qiáng)鐵磁性。此外,BiFeO3屬于一種帶隙偏窄的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),在其Fe位和O位的摻雜還可有效地調(diào)節(jié)其能帶結(jié)構(gòu),應(yīng)用于光伏器件。因此,改善BiFeO3的磁性并擴(kuò)展其在電子、光伏器件等方面的應(yīng)用,是目前研究的熱點(diǎn)之一。隨著計(jì)算機(jī)與密度泛函理論的快速發(fā)展,第一性原理已成為多鐵材料研究領(lǐng)域的一種常規(guī)方法。本文采用第一性原理,構(gòu)建2×2×1的超胞,模擬了非金屬(F、N、S)與不同金屬共摻BiFeO3對(duì)其結(jié)構(gòu)及性能的影響,有如下結(jié)論:(1)非金屬(F、N、S)與Cr共摻均會(huì)改變BiFeO3的Fe-O-Fe鍵角及Fe-O鍵長(zhǎng),使結(jié)構(gòu)由單斜變?yōu)槿?并分別產(chǎn)生~5.9μB,~6.0μB及~7.8μB的凈磁矩。F、N摻雜BiFe0.75Cr0.25O3分別引進(jìn)了電子與空穴,使體系在距離費(fèi)米能級(jí)很近的地方產(chǎn)生了雜化態(tài),減小能隙。而N摻雜BiFe0.75Cr0.25O3使BiFeO3對(duì)可見光的吸收更加敏感,可應(yīng)用于光伏器件等相應(yīng)設(shè)備。(2)BiFe0.75Mn0.25O3及F、N、S摻雜BiFe0.75Mn0.25O3的體系分別呈現(xiàn)出~8.8μB、~8.7μB、~7.1μB、~8.7μB的凈磁矩。而BiFe0.75Co0.25O3及F、N、S摻雜BiFe0.75Co0.25O3的凈磁矩分別為4.9μB、~7.0μB、~6.9μB、~4.9μB,其中F、N摻雜可以明顯增大BiFe0.75Mn0.25O3的磁矩,主要是由于F和N均能改變Co的電子態(tài),增強(qiáng)Co的局域磁矩。此外,N摻雜BiFe0.75Mn0.25O3以及F摻雜BiFe0.75Co0.25O3均能使體系表現(xiàn)出半金屬性,明顯增大的折射率,且吸收邊緣移動(dòng)至接近能量為0處,明顯拓展了其吸收譜的范圍。(3)非等價(jià)M(M=Na+、Mg2+)摻雜BiFe0.75Cr0.25O3的體系分別表現(xiàn)為金屬性和半金屬性,這是由于空穴摻雜導(dǎo)致了O 2p、Bi 6s及Cr 3d電子態(tài)的移動(dòng)。而F摻雜到M摻雜的BiFe0.75Cr0.25O3(BFMCO)中以后,非等價(jià)Na+和Mg2+摻雜導(dǎo)致的金屬性與半金屬性均消失,這為其應(yīng)用于自旋電子學(xué)提供了可能。此外,非等價(jià)Na+和Mg2+摻雜的BiFe0.75Cr0.25O3表現(xiàn)出高的靜介電常數(shù)、大的折射率以及可見光區(qū)增強(qiáng)的光響應(yīng),證明了其在光伏器件領(lǐng)域的應(yīng)用。而F摻雜后會(huì)使Al3+摻雜的BFCO的吸收邊緣左移,進(jìn)一步增強(qiáng)其可見光區(qū)的光響應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ135.32
【圖文】：

士研究生學(xué)位論文 到更高，Wang 等通過生長(zhǎng) BiFeO3外延薄膜，在實(shí)驗(yàn)上余極化強(qiáng)度可達(dá) 55 )/cm2，后來 Newton 等又采用第一 50-90 )/cm2。實(shí)驗(yàn)和理論上得出的結(jié)論均證明 BiFeO究者們對(duì) BiFeO3極大的熱情，他們嘗試采用各種方法如 zhang 等通過生長(zhǎng)外延薄膜得到穩(wěn)定的 BiFeO3四方結(jié)/cm2，而 Wu[23]更是通過磁控濺射的方法生長(zhǎng)出（111）化強(qiáng)度很大的結(jié)果。這些對(duì) BiFeO3材料的研究表明，具性。

學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文 時(shí)極化與磁矩的方向都形成了一定的偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相應(yīng)的磁周期是 62+2nm 的擺線型螺旋結(jié)構(gòu)，即每個(gè) Fe 離子與周圍，且存在較小的傾角�；谶@一結(jié)構(gòu)，磁性離子 Fe 離子的往往很弱。為了使增強(qiáng) BiFeO3的磁性，人們嘗試合成小于能完全抵消或采用外延薄膜、施加應(yīng)變、離子摻雜等方式改前研究的熱點(diǎn)。

C04）如圖3.1所示。對(duì)應(yīng)的，它們的基態(tài)能量如表3.1所示。結(jié)構(gòu)表明N和S傾向于占據(jù)Cr周圍的兩個(gè)O原子（C01），而F傾向于占據(jù)不同F(xiàn)e離子周圍的O原子（C03）。圖3.1 四種不同的X在BFCO中的原子分布（1）C01、（2）C02、（3）C03、（4）C04表 3.1 四種 X 摻雜 BFCO 的基態(tài)能量Configurations C01C02C03C04F-BFCO -251.041 -251.039 -251.145 -251.128N-BFCO -253.511 -253.451 -253.085 -253.077S-BFCO -248.074 -247.767 -247.806 -247.622

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

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本文編號(hào)：2763827