铁电体的光伏效应

介绍了铁电光伏效应的发展历史和现状,通过与传统半导体p-n结光伏器件比较,旨在阐述铁电光伏器件非比寻常的优点和重要的应用前景.铁电光伏效应分为体光伏效应和反常光伏效应,多种物理机制已被发现,无疑为铁电光伏效应的提高指明了方向.还对钙钛矿氧化物、卤化物和双钙钛矿结构氧化物等铁电体中的光伏效应进行了阐述,讨论了通过引入新的自由度实现多功能性光伏器件的可能性.

逾渗驱动的高自旋极化氧化物材料磁电阻增强效应——网络效应与调控

锰氧化物具有内禀的多尺度非均匀性,这与同时活跃的多个自由度——自旋、电荷、晶格和轨道——非线性耦合,以及多种相互作用的共存密切相关。更重要的是,这种极为特殊的物理现象可能是庞磁电阻效应的微观起源——铁磁金属相在磁场作用下的逾渗而驱动的磁电阻效应。另一方面,在某组分导电逾渗阈值附近的磁电阻显著增强效应,是高自旋极化氧化物颗粒体系所具有的普遍现象之一。因此,针对各种高自旋极化氧化物的非均匀和颗粒复合体系,逾渗驱动磁电阻增强效应的研究具有重要的学术意义和应用价值,其中输运网络理论为重要的理论研究。在充分认识电磁输运微观机制的基础之上,通过调控输运网络的结构,探讨逾渗驱动磁电阻增强的必要条件,可以找出实现可控性高且幅值较大的磁电阻的新途径、新方法。本文主要基于电阻网络模型,综述高自旋极化氧化物材料中多相共存体系的磁输运性质研究的主要背景和发展现状,充分结合相关的实验结果,介绍逾渗驱动磁电阻效应增强的物理机制,以及各类电输运网络的构建,并展望未来的发展。

BiFeO_3多铁性的第一性原理研究

利用第一性原理计算方法系统研究了BiFeO_3的晶格结构、电子结构、铁电性质和磁性质.计算结果表明:BiFeO_3是具有菱面体畸变钙钛矿结构的反铁磁绝缘体,这与实验结果一致;同时预测BiFeO_3的铁电极化强度高达104.0μC/cm^2,显示BiFeO_3在铁电和多铁器件上的潜在应用.

磁性颗粒复合介质中磁电阻机制诱导的庞磁电容效应

最近的实验和理论研究表明,磁电阻效应结合Maxwell-Wagner电路模型,磁性颗粒复合介质中也可能产生庞磁电容效应.这种庞磁电容效应与传统的磁电材料中由于直接的磁电耦合机制而产生的磁电容效应不同,它将会具有很高的实际应用价值.从磁性颗粒复合体系微观结构出发,应用Maxwell-Garnett理论(MGT)和磁电阻机制,研究了磁性颗粒复合体系中的庞磁电容效应随外加磁场和组分浓度p的变化关系,很好地解释了实验结果.

SrTcO_3晶体结构和电子结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函的第一性原理计算方法,对钙钛矿型氧化物SrTcO3的基态晶体结构、电子结构、磁性质和尼尔温度进行计算.计算结果表明:SrTcO3的基态空间群是Pnma,晶体中氧八面体中心离子Tc在三维方向上都呈自旋反平行排列,是G类反铁磁绝缘体.Tct2g-Op强烈的轨道杂化和Tc4d电子的巡游特性共同作用,导致SrTcO3具有948K的高尼尔温度.

铁电材料PbTiO3晶体结构和电子结构的杂化泛函研究

基于杂化泛函理论,我们考察了长程Hartree-Fork项在交换关联势中所占比例(α)对铁电材料PbTiO3晶体结构和电子结构的影响。我们发现基于PBE交换关联势,当α等于0.325时杂化泛函所得的带隙值与实验结果相吻合。另外,基于PBE和PW交换关联势我们分别研究了α对晶体结构的影响,基于PBE交换关联势的结果与实验值相差较大。而基于PW交换关联势的计算表明,当α等于0.2时,计算所得到的晶体结构与实验结果比较吻合,但此时带隙值却小于实验值。这些结果表明杂化泛函对于铁电材料PbTiO3的适用性还有待商榷。

双钙钛矿Zn2FeTaO6电子结构和自发电极化的第一性原理研究

基于第一性原理方法,我们研究了双钙钛矿Zn2FeTaO6的晶体结构、电子结构、以及铁电性质。计算结果表明Zn2FeTaO6中的Zn2+离子,Fe3+离子和Ta5+离子均偏离氧八面体的中心。同时,基于线性响应理论Born有效电荷计算显示其自发电极化强度为79.6 μC/cm2。我们还利用杂化泛函理论进一步研究了Zn2FeTaO6的能带结构,发现带隙宽度约为2.6 eV,与多铁材料BiFeO3接近,显示Zn2FeTaO6在铁电光伏领域的潜在应用。

CaMnO3晶体结构、电子结构和磁性质的杂化泛函研究

基于杂化密度泛函理论,我们研究了钙钛矿型过渡金属氧化物CaMnO3的晶格结构和电子结构,并与传统的局域密度近似和广义梯度近似相比较。计算表明杂化泛函给出的晶体结构与实验结果非常吻合,同时2.5 eV大小的能隙与实验上测得的3.1 eV也十分接近。更进一步,我们计算了Mn4+离子间的磁交换作用系数,并用蒙特卡罗方法估算出体系的尼尔温度为87 K,这与实验上的131 K也比较符合。这些结果表明杂化泛函可以很好预测绝缘型过渡金属氧化物的物理性质。

掺杂SrFeO2电子结构和磁性质的第一性原理研究

基于第一性原理方法,我们研究了载流子掺杂对SrFeO2电子结构和磁性质的影响。计算结果表明电子掺杂的SrFeO2磁结构为G类反铁磁,而空穴掺杂可以使体系由G类反铁磁序转变为A类反铁磁序。我们发现空穴的引入导致Fe离子 轨道电子部分占据,从而驱动了层内Fe离子之间从反铁磁耦合转变为铁磁耦合。我们进一步利用La和K元素对SrFeO2中Sr元素替换,计算结果与电子掺杂和空穴掺杂吻合。

半金属磁体

半金属磁体是近些年来日益受到关注的一种新材料 ,也是物质具有的一种新形态 .在半金属磁体的能带结构中 ,两个自旋子能带分别具有金属性与绝缘性 ,从而产生自旋完全极化的传导电子 .这一特性使它有可能在新一代微电子设备中发挥重要作用 ,并为极化输运理论及自旋电子学的研究开辟崭新的领域 .文章主要介绍了半金属磁体的命名、特征和几种典型的材料 ,回顾了在寻找半金属磁体过程中的理论计算和实验研究的发展历程 。

荧光硅纳米材料：细胞活动的实时探针

巧妙地利用荧光硅纳米材料优异的光稳定性、生物相容性和荧光性，可以长程、实时地观测生物学过程。