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1、第一性原理论文：BiFeO_3结构与性能的第一性原理研究【中文摘要】多铁材料是一种同时具有铁电性、铁磁性或铁弹性的材料,作为新型多功能材料,它可以用来转换能量,传感信号,检测磁（电）场等。BiFeO3是一种典型的单相多铁材料,研究表明BiFeO3的铁电极化起源于Bi3+的6s2孤对电子,但它的铁磁性就比较复杂,并非简单的反铁磁有序,而是具有空间调制的螺旋磁结构。正是由于其结构的特殊性,而引起了人们广泛地研究。本文利用第一性原理研究BiFeO3的结构与性能,主要内容如下:1.不同的强关联势对BiFeO3结构的影响;从电荷密度和态密度分析出BiFeO3各态之间的相
2、互作用,并给出铁电性的起因。BiFeO3存在着两种扭曲形式,在方向上Bi3+相对FeO6八面体位移和FeO6八面体沿极化方向上的反铁扭曲旋转,通过这两种扭曲方式衍生出多种结构,并得出七种不同空间群的BiFeO3结构特征（R3c,R3m,P4mm,Cm,Fm3m,R3m和R3c）。2.引入两个共顶点四面体模型更加清晰地描述BiFeO3的铁电转变。在铁电转变过程中,顺电相的能量、原子占位和极化极化强度都存在突变,对于在反铁磁相下顺电相的O原子磁矩具有微小的自旋阻挫,这是导致铁电转变过程中出现突变的原因。在顺磁相中铁电相和顺电相之间的能量差为140meV左右,估算出
3、铁电转变温度TC大约为1500K。分别用玻恩有效电荷和贝里相位计算得出其铁电极化强度分别为86.2和98.0μC/cm2。3.总结四方相（P4mm）BiFeO3的基本性质,从态密度和玻恩有效电荷中得到四方相的的铁电性是由Fe原子和顶角O原子之间成键引起的,采用贝里相位方法得出稳定的四方相极化强度为152.76μC/cm2。采用海森堡交换模型分析应变对磁有序的影响,在较小的晶格常数下,C-AFM比较稳定,随着晶格常数的增加,其磁有序转变为G-AFM。还得出随着晶格常数a的增加,c/a比值相应变小,而其极化强度却逐渐减小。最后构造四方相方向的BiFeO3表面模型,
4、通过比较界面能和电荷密度的分布情况得出FeO2的截面要比BiO的稳定。【英文摘要】Themultiferroicmaterialshavebeencoinedtodescribematerialswhichhavesimultaneousferroelectricity,ferromagnetismorferroelasticity.Asnewmultifunctionalmaterials,thepotentialapplicationsincludeenergyconversion,sensingsignalanddetectionofmagnetic（e
5、lectric）field.BiFeO3isatypicalsingle-phasemultiferroicmaterial.TheresearchshowsthattheoriginofferroelectricityisduetotheBi-6s2lonepairs.Theferromagneticityismorecomplicated.Itisnotasimpleantiferromagneticorder,butithasthehelicalmagneticstructureofspatialmodulation.BiFeO3hasattracted
6、extensiveresearchbecauseofitsspecialstructure.Inthisthesis,ourpurposeistostudythestructurepropertiesofBiFeO3withthehelpofthefirst-principlesstudy.Thefollowingmajorelementsinclude:1.ThestructuresofBiFeO3areinfluencedbydifferentstrongcorrelationpotential.Theinteractionamongdifferentst
7、atesissummarizedbychargedensityanddensityofstates,andtheoriginofferroelectricityisalsoconcluded.Therearetwotypesofstructuraldistortions,therelativedisplacementbetweenFeO6ocahedraandBi3+along[111]andtherotationoftheFeO6ocahedraaboutthe[111]axis.Severalstructurescanbederivedfromtheset
8、wostructuraldistort
