硼氮掺杂对立方PbTiO_(3)电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

钛酸铅(PTO)因具有优异的铁电、压电特性及光学性质而备受关注.但B、N掺杂对顺电相PTO电子结构和光学性质的影响还不明确,因此,利用第一性原理对立方PTO开展准确的性质预测尤为必要.本文采用广义梯度近似的PBE泛函(GGA-PBE)和杂化泛函(HSE06)研究了B、N替位掺杂(B_(O)、N_(O))和O空位(V O)对PTO的基态性质、电子结构和光学性质的影响.研究表明:贫氧态的PTO比富氧态更容易形成杂质缺陷,且N_(O)缺陷最难形成.当B_(O)、N_(O)缺陷存在时,PTO的价带顶和导带底向低能量方向移动,在两者之间出现杂质能级,使其导电性能提高且含B_(O)的PTO为间接带隙半导体,而含N_(O)的PTO为直接带隙半导体.N_(O)体系在波长大约为230 nm处有最大吸收峰,该峰主要源于O 2p和Ti 3d之间的电子跃迁,且N_(O)体系对可见光的吸收能力最强,有望提高PTO的光催化能力.

压力对PbTiO_(3)结构和热物性质影响的第一性原理研究

PbTiO_(3)是一种重要的铁电功能材料,但压力对其结构、稳定性、力学和热力学性能的影响尚不明确,从而限制了其在电子通讯领域的应用。本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了压力下四方铁电相钛酸铅(TP-PTO)、立方顺电相钛酸铅(CP-PTO)、四方前驱体相钛酸铅(PP-PTO)结构和热物性质。研究发现,三种结构可压缩性由大到小依次为PP-PTO>TP-PTO>CP-PTO。能带结构和态密度均表明PTO在研究的压力范围内未发生相变。PTO带隙随着压力增大逐渐降低,TP-PTO在20 GPa由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体,其余两相在压力下恒为直接带隙半导体。PTO在0~30 Gpa范围力学稳定,且具有各向异性,其综合力学性能随着压力的增加而增强,各向异性则是先降低后升高。通过准谐德拜近似理论研究了温度和压力对PTO德拜温度、熵、热容的影响,结果表明德拜温度随着温度上升而下降,随着压力增大而上升,反映出共价键强度依次为CP-PTO>TP-PTO>PP-PTO。熵和热容随着温度上升而上升,随着压力的增大而下降。