应变与晶格畸变耦合对钙钛矿材料铁电性能的调控

发布时间：2021-01-03 03:54

　　应变工程是调控材料特性的重要手段。在ABX3型钙钛矿材料中,由于应变与不同晶格畸变之间存在着强烈耦合,采用应变工程可以诱导出铁电性、光电性、多铁性等许多新奇的多场耦合特性。应变与晶格畸变之间的耦合不仅包含许多基本科学问题,而且在材料的设计与制备中具有重要的应用价值。深入地理解ABX3型钙钛矿中应变与晶格畸变耦合的内在物理机制及其对材料特性的调控规律,对于研发具有多场耦合特性的新型铁电材料具有重大的理论指导意义,并逐渐成为力学、物理学与材料学交叉科学领域的重要研究课题。本论文结合原子尺度下的第一性原理计算和宏观朗道理论,以氧族、硫族和卤族钙钛矿化合物为研究对象,研究应变-铁电畸变耦合、应变-八面体旋转畸变-铁电畸变耦合和应变-铁电畸变-扬-特勒畸变耦合。本论文的研究目标是通过晶格动力学和朗道理论分析:i)探索应变与晶格畸变之间的耦合机制;ⅱ)得到应变和晶格畸变耦合所诱导的铁电性并为实际应用提供理论指导;ⅲ)激发特定晶格耦合来实现电场对材料电子结构的调控。通过本文研究获得的主要结论如下:首先,通过第一性原理计算系统地研究了先兆铁电体BaZrO3和BaZrO3/SrZrO3超晶格中应变-铁电... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１四方相的钛酸钡和钛酸铅的原子结构和铁电畸变（摘自文献［１７］）

位移模式是稳定的，并不表现出来。??当温度下降到ＢａＴｉ０３的居里温度时，铁电位移模式软化，高对称立方相结??构不再是最稳定的结构，如图１．２（ａ）所示，铁电位移模式会降低体系的能量，??由于能量关于铁电位移模式的二阶导数是负的，则为负，反映在声子谱的虚??部。则与虚频对应的铁电位移模式在此温度下软化并形成铁电畸变。软模理论不??仅仅适用于铁电畸变，同样适用于结构的其他畸变。我们可以通过计算高对称相??的声子谱，来初步判断该结构中由某一振动模式软化形成的晶格畸变。例如，我??们计算了广泛研究的ＳｒＴｉ０３的声子谱如图１．２（ｂ）所示，可以看出，在高对称点??Ｒ存在着强烈的虚频，这对应着ＳｒＴｉ〇３基态结构中的氧八面体面外（ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｈａｓｅ）??旋转畸变。??（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??图１．２?（ａ）钙钛矿ＡＢ０３结构，电滞回线与原子位移的势能曲面（摘自文献??［２１］）

面外旋转（各。）以及（ｃ）面内（ｉｎ－ｐｈａｓｅ）旋转（知）等畸变的示意图（摘自文献［２２］）。??Ｑｊ：?ａ°ａ°ｃ＋?、工”?Ｑ２：?ａ￣ａ＇ｃ°??图１．?４在ＡＢ０３／Ａ’Ｂ〇３结构中诱导铁电性的初级序参数面内旋转畸变和面外倾??斜畸变（摘自文献［２５］）。??ＡＢ０３／Ａ’Ｂ０３超晶格结构的非本征铁电性最早于２００８年由Ｂｏｕｓｑｕｅｔ等人提??出［２２］，如图１．３所示，他们通过理论和实验证实了存在在。‘／５三阶耦合诱导非本??征铁电性。随后Ｒｏｎｄｉｎｅｌｌｉ等人提出了构造非本征铁电超晶格的普适原理［２５］，如??图１．４所示，他们指出，铁电极化可以通过氧八面体倾斜、旋转及铁电畸变三阶??４??


本文编号：2954263