lanio3和laalo3极性表面和界面第一性原理的研究

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1、密级：学校代码：10075分类号：学号：20100993理学硕士学位论文LaNiO3和LaAlO3极性表面和界面的第一性原理研究学位申请人：左金改导师：关丽教授学位类别：理学硕士学科专业：理论物理授予单位：河北大学答辩日期：二○一三年五月ClassifiedIndex：CODE:10075U.D.C.：NO.:20100933ADissertationfortheDegreeofM.ScienceFirst-principlesStudyofPolarSurfacesandInterfacesofLaNiO3andLaA

2、lO3Candidate:ZuoJingaiSupervisor:PProf.GuanLirof.GuanLiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpecialty:TheoreticalPhysicsUniversity:HebeiUniversityDateofOralExamination:May,2013河北大学学位论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其

3、他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。作者签名：日期：年月日学位论文使用授权声明本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本学位论文属于1、保密□，在年月日解密后适用本授权声明。2、不保密□。（请在以上相应方格内打“√”

4、）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要LaNiO3和LaAlO3是重要的钙钛矿结构氧化物，它们的表面原子结构对表面和异质界面电子性质产生了重要影响。界面极性不连续与界面结构、原子堆垛顺序和内在静电势场有关。极性表面易发生非极性，原子结构的变化可根本改变界面极性状态，对二维电子气的产生与否起到关键的作用。因此，本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法讨论了LaNiO3和LaAlO3极性表面和界面的原子和电子结构以及结构稳定性，主要结果如下：（1）研究LaNiO3（001）,（011）和（111）等晶面的原

5、子结构和表面能。计算了LaNiO3（001）LaO截断面的结构，发现最外层的O原子向晶体外弛豫，La原子向晶体内弛豫。然而，NiO2截断面O原子想晶体内弛豫，Ni原子向晶体外弛豫。LaO截断面出现了较大的表面褶皱，几乎是NiO2截断面的二倍。在所有表面结构中，LaNiO3（001）LaO截断面的表面能最低，结构最稳定。构建非极性LaNiO3（001）表面，结果显示非极性后非极性的LaO截断面有更低的表面能，而非极性的NiO2截断面有相反的趋势。对比所有表面，发现Ni原子丰富的表面，即NiO2、LaNiO和Ni截断面比La

6、NiO3(001),(011)和（111）晶面其它截断面的表面能高一些，且Ni3d电子在费米面处贡献了更高的态密度。（2）研究LaO/TiO2、SrO/NiO2、LaO/SrO、NiO2/TiO2不同SrTiO3/LaNiO3异质界面超晶格结构。经过结构弛豫后，TiO2/LaO和SrO/NiO2的原子的弛豫程度比SrO/LaO和TiO2/NiO2超晶格小很多。由电荷得失情况可以看出：①LNO一侧得失电子数比STO一侧多；②不同界面的超晶格弛豫程度越明显，电荷转移数量越多。界面的稳定性分析显示，TiO2/LaO界面分离功的

7、数值最大，因此可推测TiO2/LaO的界面最稳定。而TiO2/NiO2的界面的分离功最小，说明TiO2/NiO2的界面最不稳定。从各层态密度分析发现，界面处与远离界面的态密度有明显的不同。TiO2/LaO和SrO/LaO结构的界面界面处没有形成明显的界面二维电子气，SrO/NiO2的界面表现为导电性。TiO2/NiO2结构该界面二维电子气浓度高，在四种界面中导电性最明显。界面处，和在LaO层去除25%的O原子相比，去除50%的O原子后，紧邻界面NiO2层的Ni3d电子在费米面处反而降低了。但是和无O空位相比，25%O和5

8、0%的O空位，导致紧邻界面NiO2层的Ni3dI摘要电子在费米面处贡献了更高的态密度，且Ti3d、Ni3d和O2p的电子均向高能级方向移动。（3）研究LaAlO3（001）,（011）和（111）等晶面的原子结构和表面能。LaAlO3（001）LaO截断面的表面褶皱几乎是AlO2截断面表面的2倍，LaAlO3不同晶面