基于钙钛矿氧化物的超晶格结构与物性研究
发布时间：2022-12-23 07:49
多铁性材料在信息存储与读写、无线微波器件、无线传感网络以及自旋电子学器件等领域具有潜在的应用前景。目前,在室温条件下,磁有序和电有序能同时共存的单相多铁性材料非常稀少,并且磁电耦合效应较弱,这就限制了多铁性材料的应用。在实验上和理论上研究表明,多铁性超晶格材料具有与单层材料完全不相同的物理性质,将拓宽材料的应用范围。因此,设计新颖的铁磁/铁电超晶格材料,探究超晶格的结构与性能间的微观物理机制,为实验上制备性能优越的磁电材料及其实际应用提供理论参考。论文从铁磁/铁电超晶格材料的设计角度出发,设计了四种类型的基于钙钛矿氧化物的超晶格材料,采用密度泛函理论（DFT）第一性原理软件VASP进行理论计算,研究了超晶格材料的几何与电子结构,详细的分析了材料的能带特性、磁性、铁电性、半金属性及磁电耦合效应。采用立方相CaMnO3和四方相铁电材料BaTiO3交替堆垛,模拟沿[001]方向生长的CaMnO3/BaTiO3超晶格,研究了超晶格的几何与电子结构、磁性、电极化强度、半金属性,并分析了超晶格的结构稳定性。研究...
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 钙钛矿氧化物简介
1.1.1 晶体结构特征
1.1.2 基本物理特性
1.2 钙钛矿氧化物超晶格
1.3 超晶格多铁材料
1.3.1 磁电耦合效应
1.3.2 超晶格多铁材料的性能调控
1.4 钙钛矿超晶格多铁材料的研究现状和应用前景
1.4.1 研究现状
1.4.2 应用前景
1.5 课题研究意义和内容
1.5.1 课题研究意义
1.5.2 课题研究内容
第2章 第一性原理计算方法
2.1 第一性原理计算法方法概述
2.2 多粒子体系的Schr?dinger方程
2.2.1 Born-Oppenheimer近似
2.2.2 Hartree-Fock近似
2.3 密度泛函理论
2.3.1 Hohenberg-Kohn定理
2.3.2 Kohn-Sham方程
2.4 交换关联函
2.4.1 局域密度近似(LDA)
2.4.2 广义梯度近似(GGA)
2.5 赝势方法
2.6 极化理论
2.7 VASP程序包简介
第3章 CaMnO_3/BaTiO_3超晶格的电子结构及半金属性
3.1 结构模型与计算方法
3.1.1 结构模型
3.1.2 计算方法
3.2 结果与讨论
3.2.1 结构弛豫
3.2.2 立方相CaMnO_3的电子结构
3.2.3 晶体结构稳定性
3.2.4 四方相BaTiO_3的电子结构
3.2.5 CaMnO_3/BaTiO_3超晶格的电子结构
3.2.6 CaMnO_3/BaTiO_3超晶格的差分电荷密度
3.3 本章小结
第4章 CaFeO_3/BaTiO_3 超晶格的电子结构及半金属性
4.1 结构模型与计算方法
4.1.1 结构模型
4.1.2 计算方法
4.2 结果与讨论
4.2.1 结构弛豫
4.2.2 立方相CaFeO_3的电子结构
4.2.3 CaFeO_3/BaTiO_3超晶格的电子结构
4.2.4 CaFeO_3/BaTiO_3超晶格的差分电荷密度
4.3 本章小结
第5章 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格界面电子结构及磁电效应
5.1 结构模型与计算方法
5.1.1 结构模型
5.1.2 计算方法
5.2 结果与讨论
5.2.1 结构弛豫
5.2.2 四方相BiFeO_3表面稳定性
5.2.3 四方相BiFeO_3的电子结构
5.2.4 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格的界面电子结构
5.2.5 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格的界面原子磁矩
5.2.6 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格的差分电荷密度
5.2.7 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格的界面磁电耦合系数
5.3 本章小结
第6章 Co_3O_4/BiFeO_3超晶格的电子结构及磁性
6.1 结构模型与计算方法
6.1.1 结构模型
6.1.2 计算方法
6.2 结果与讨论
6.2.1 立方相Co_3O_4的电子结构
6.2.2 Co_3O_4/BiFeO_3超晶格的磁性
6.2.3 Co_3O_4/BiFeO_3超晶格的电子结构
6.2.4 Co_3O_4/BiFeO_3超晶格结构稳定性
6.2.5 交换耦合作用对磁矩的影响
6.3 本章小结
第7章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁电复合材料的力学实验与理论研究进展[J]. 裴永茂,徐浩,于泽军,张宏龙. 固体力学学报. 2016(03)
[2]剪切形变对硼氮掺杂碳纳米管超晶格电子结构和光学性能的影响[J]. 姜艳,刘贵立. 物理学报. 2015(14)
[3]Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜的交换偏置效应及其磁电耦合特性[J]. 李永超,周航,潘丹峰,张浩,万建国. 物理学报. 2015(09)
[4]多铁性材料研究进展及发展方向[J]. 南策文. 中国科学:技术科学. 2015(04)
[5]探索基于人工超晶格LaFeO3-YMnO3和自然超晶格n-LaFeO3-Bi4Ti3O12薄膜多铁性[J]. 陈延彬,张帆,张伦勇,周健,张善涛,陈延峰. 物理学报. 2015(09)
[6]SmFeO3/La0.7Sr0.3MnO3超晶格中应力效应与磁性质[J]. 王萌,谭雪莲,吴文彬. 低温物理学报. 2014(05)
[7]Mg-Er金属间化合物稳定性与电子结构的第一性原理研究[J]. 王文静,刘子利,刘希琴,张志东,王渠东. 中国有色金属学报. 2014(02)
[8]Colossal magnetoresistance in manganites and related prototype devices[J]. 刘愉快,殷月伟,李晓光. Chinese Physics B. 2013(08)
[9]铁电薄膜漏电流的应变调控[J]. 文娟辉,杨琼,曹觉先,周益春. 物理学报. 2013(06)
[10](S,Co)双掺杂TiO2改性第一性原理[J]. 李宗宝,王霞,周勋,祝娅. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2013(02)
博士论文
[1]钙钛矿金属氧化物异质结的第一性原理研究[D]. 郭宏礼.中国科学技术大学 2016
[2]多铁性钙钛矿异质结构的电磁性能和电子显微研究[D]. 沈玄.南京大学 2016
[3]ATiO3（A=Ba,Pb）基磁电复合薄膜电控磁性的第一性原理研究[D]. 陈立勇.西北工业大学 2015
[4]几种磁致多铁性材料的研究[D]. 宋育全.南京大学 2014
[5]电子型掺杂钙钛矿CaMnO3的性能研究[D]. 王才林.中国科学技术大学 2013
[6]第一性原理研究过渡金属掺杂铝酸铋的磁性与铁酸铋/铁界面的磁电耦合[D]. 韩崇.山东大学 2012
硕士论文
[1]磁性纳米岛的物性研究[D]. 王雅宁.沈阳工业大学 2017
[2]Fe，Co掺杂多铁材料TbMnO3的研究[D]. 邹以慧.浙江理工大学 2012
[3]锰基钙钛矿超晶格电磁性能的第一原理计算研究[D]. 诸敏.华东师范大学 2011
[4]低维材料的第一性原理研究[D]. 周晓强.兰州大学 2011
[5]铁电薄膜物性尺寸效应机制的理论研究[D]. 崔莲.哈尔滨工业大学 2007
[6]几种铁电材料的制备和研究[D]. 尹经敏.兰州大学 2006
[7]半金属铁磁体的电子结构和磁性研究[D]. 高国营.华中科技大学 2005
本文编号：3725031
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 钙钛矿氧化物简介
1.1.1 晶体结构特征
1.1.2 基本物理特性
1.2 钙钛矿氧化物超晶格
1.3 超晶格多铁材料
1.3.1 磁电耦合效应
1.3.2 超晶格多铁材料的性能调控
1.4 钙钛矿超晶格多铁材料的研究现状和应用前景
1.4.1 研究现状
1.4.2 应用前景
1.5 课题研究意义和内容
1.5.1 课题研究意义
1.5.2 课题研究内容
第2章 第一性原理计算方法
2.1 第一性原理计算法方法概述
2.2 多粒子体系的Schr?dinger方程
2.2.1 Born-Oppenheimer近似
2.2.2 Hartree-Fock近似
2.3 密度泛函理论
2.3.1 Hohenberg-Kohn定理
2.3.2 Kohn-Sham方程
2.4 交换关联函
2.4.1 局域密度近似(LDA)
2.4.2 广义梯度近似(GGA)
2.5 赝势方法
2.6 极化理论
2.7 VASP程序包简介
第3章 CaMnO_3/BaTiO_3超晶格的电子结构及半金属性
3.1 结构模型与计算方法
3.1.1 结构模型
3.1.2 计算方法
3.2 结果与讨论
3.2.1 结构弛豫
3.2.2 立方相CaMnO_3的电子结构
3.2.3 晶体结构稳定性
3.2.4 四方相BaTiO_3的电子结构
3.2.5 CaMnO_3/BaTiO_3超晶格的电子结构
3.2.6 CaMnO_3/BaTiO_3超晶格的差分电荷密度
3.3 本章小结
第4章 CaFeO_3/BaTiO_3 超晶格的电子结构及半金属性
4.1 结构模型与计算方法
4.1.1 结构模型
4.1.2 计算方法
4.2 结果与讨论
4.2.1 结构弛豫
4.2.2 立方相CaFeO_3的电子结构
4.2.3 CaFeO_3/BaTiO_3超晶格的电子结构
4.2.4 CaFeO_3/BaTiO_3超晶格的差分电荷密度
4.3 本章小结
第5章 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格界面电子结构及磁电效应
5.1 结构模型与计算方法
5.1.1 结构模型
5.1.2 计算方法
5.2 结果与讨论
5.2.1 结构弛豫
5.2.2 四方相BiFeO_3表面稳定性
5.2.3 四方相BiFeO_3的电子结构
5.2.4 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格的界面电子结构
5.2.5 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格的界面原子磁矩
5.2.6 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格的差分电荷密度
5.2.7 M/BiFeO_3(M=Co,Fe,Ni)超晶格的界面磁电耦合系数
5.3 本章小结
第6章 Co_3O_4/BiFeO_3超晶格的电子结构及磁性
6.1 结构模型与计算方法
6.1.1 结构模型
6.1.2 计算方法
6.2 结果与讨论
6.2.1 立方相Co_3O_4的电子结构
6.2.2 Co_3O_4/BiFeO_3超晶格的磁性
6.2.3 Co_3O_4/BiFeO_3超晶格的电子结构
6.2.4 Co_3O_4/BiFeO_3超晶格结构稳定性
6.2.5 交换耦合作用对磁矩的影响
6.3 本章小结
第7章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁电复合材料的力学实验与理论研究进展[J]. 裴永茂,徐浩,于泽军,张宏龙. 固体力学学报. 2016(03)
[2]剪切形变对硼氮掺杂碳纳米管超晶格电子结构和光学性能的影响[J]. 姜艳,刘贵立. 物理学报. 2015(14)
[3]Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜的交换偏置效应及其磁电耦合特性[J]. 李永超,周航,潘丹峰,张浩,万建国. 物理学报. 2015(09)
[4]多铁性材料研究进展及发展方向[J]. 南策文. 中国科学:技术科学. 2015(04)
[5]探索基于人工超晶格LaFeO3-YMnO3和自然超晶格n-LaFeO3-Bi4Ti3O12薄膜多铁性[J]. 陈延彬,张帆,张伦勇,周健,张善涛,陈延峰. 物理学报. 2015(09)
[6]SmFeO3/La0.7Sr0.3MnO3超晶格中应力效应与磁性质[J]. 王萌,谭雪莲,吴文彬. 低温物理学报. 2014(05)
[7]Mg-Er金属间化合物稳定性与电子结构的第一性原理研究[J]. 王文静,刘子利,刘希琴,张志东,王渠东. 中国有色金属学报. 2014(02)
[8]Colossal magnetoresistance in manganites and related prototype devices[J]. 刘愉快,殷月伟,李晓光. Chinese Physics B. 2013(08)
[9]铁电薄膜漏电流的应变调控[J]. 文娟辉,杨琼,曹觉先,周益春. 物理学报. 2013(06)
[10](S,Co)双掺杂TiO2改性第一性原理[J]. 李宗宝,王霞,周勋,祝娅. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2013(02)
博士论文
[1]钙钛矿金属氧化物异质结的第一性原理研究[D]. 郭宏礼.中国科学技术大学 2016
[2]多铁性钙钛矿异质结构的电磁性能和电子显微研究[D]. 沈玄.南京大学 2016
[3]ATiO3（A=Ba,Pb）基磁电复合薄膜电控磁性的第一性原理研究[D]. 陈立勇.西北工业大学 2015
[4]几种磁致多铁性材料的研究[D]. 宋育全.南京大学 2014
[5]电子型掺杂钙钛矿CaMnO3的性能研究[D]. 王才林.中国科学技术大学 2013
[6]第一性原理研究过渡金属掺杂铝酸铋的磁性与铁酸铋/铁界面的磁电耦合[D]. 韩崇.山东大学 2012
硕士论文
[1]磁性纳米岛的物性研究[D]. 王雅宁.沈阳工业大学 2017
[2]Fe，Co掺杂多铁材料TbMnO3的研究[D]. 邹以慧.浙江理工大学 2012
[3]锰基钙钛矿超晶格电磁性能的第一原理计算研究[D]. 诸敏.华东师范大学 2011
[4]低维材料的第一性原理研究[D]. 周晓强.兰州大学 2011
[5]铁电薄膜物性尺寸效应机制的理论研究[D]. 崔莲.哈尔滨工业大学 2007
[6]几种铁电材料的制备和研究[D]. 尹经敏.兰州大学 2006
[7]半金属铁磁体的电子结构和磁性研究[D]. 高国营.华中科技大学 2005
本文编号：3725031
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3725031.html
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