光学硕士毕业答辩ppt.ppt

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1、多铁材料铁酸铋掺杂改性的第一性原理研究汇报人：高宁导师：李兴鳌教授FirstprinciplesstudyonthepropertiesofDoped-BiFeO3materials目录CONTENTS研究背景ResearchBackground01基本理论BasicConception02稀土元素与Co共掺体系Rare-earthandCoco-dopedBFOsystem05总结与展望SummaryandProspect06计算步骤ComputationalProcedure03碱土金属Ca掺杂体系Ca-dopedBFOsystem04PARTONE研究背景研究背

2、景4铁电性能和铁磁（反铁磁）性能共存的多铁材料，在研发高速度、大容量、低损耗等新型磁电耦合传感器件以及高密度存储器件等方面有着广泛的高新技术应用领域。多铁材料的研究纯铁酸铋的性能研究铁酸铋（BFO）—钙钛矿（ABO3）结构，铁电居里温度和反铁磁奈尔转变温度远远高于室温，可以实现室温下铁电与反铁磁的共存现象以及应用。铁酸铋掺杂改性的研究室温下BFO的磁性较弱，离应用还有差距。计算模拟在AB位寻找合适的掺杂离子改善其室温下弱铁磁性已成为研究铁酸铋的主流方向。5钙钛矿的一个结构基元铁酸铋晶体结构示意图块状型铁酸铋的螺旋自旋结构不同尺寸铁酸铋颗粒的磁滞回线铁酸铋的弱铁磁性PA

3、RTTWO基本理论基本理论7第一性原理计算方法1.薛定谔波动方程2.哈里特－福克方法密度泛函理论DFT平面波基组及赝势方法1.科恩－沈吕九方程2.交换关联能量泛函1.超软赝势2.模守恒赝势3.投影缀加平面波基本理论8单电子体系定态薛定谔方程－哈密顿量、定态波函数与能量对于固体多粒子体系－1023/cm3数量级个原子核和电子需对复杂多粒子系统的定态薛定谔方程做近似简化，即是所谓的交换关联泛函，处理过程如下：基本理论9用Hartree-Fock近似计算出的电子数密度比真实值的?(r)大只考虑了电子-电子间的交换作用能，但该方法完全没有考虑关联能，所以不太适用于计算精度要求

4、较高的场合。单粒子的Hartree-Fock方程“电子－电子相互作用”是多体问题，无法分离变量，无法求解多电子体系的薛定谔方程。9基本理论10将密度泛函理论引入实际应用中使得计算出多电子系统总能和电荷密度空间分布得以实现，可以精确的确定该系统各物理量算符的期望值。但是仍然需要对交换-关联相互作用泛函进行更深的探讨。Kohn-Sham方程Hartree-Fock方法没有考虑电子相关作用，通常采用多体微扰等方法计算相关能，计算量达到n6甚至更高的数量级。10当引入轨道的部分越来越多，会造成计算量大大增加，就会丢失了密度泛函理论的优势。基本理论11LDA交换关联能得到交换-

5、关联能泛函的方法有：LDA、LSDA、GGA、LDA(GGA)＋U、hybird、完全非局域泛函11LSDA交换关联能GGA交换关联能LDA交换关联能GGA+U交换关联能PARTTHREE计算步骤计算软件13VASP软件包采用平面波基组，进行从头计算的量子力学－分子动力学模拟的软件包。基于局域密度近似，自由能作为电子气密度的泛函。用传统的自洽循环计算方法，通过近似求解薛定谔方程得到体系的电子态和能量。采用平面波基组中模守恒赝势、超软赝势、缀加投影波方法来描述电子与离子之间的相互作用。计算步骤1401计算参数设置空间群为161_R3c初始晶格参数：a=b=5.5790Å

6、c＝13.8705Åα=β=90°γ=120°选取的价电子组态为：Bi(5d106s26p3)，Fe(3s23p63d64s2)，Ca(3s23p64s2)，Co(3p63d74s2)，La(4f05s25p65d16s2)，Gd(4f75s25p65d16s2)，Er(4f125s25p66s2)，Lu(4f145s25p65d16s2)计算步骤1502结构优化和自洽细致优化：EDIFF=1E-4EDIFFG=-0.05ISPIN＝1IBRION=2NSW=100继续细致优化：IBRION=1OPTIM=0.5粗糙优化：EDIFF=0.001EDIFFG=-0.2I

7、SPIN＝1NSW=4003态密度1.静态自洽计算2.非自洽计算3.split_dos处理得到总态密度与分波态密度计算步骤16040506能带电子局域函数磁性1.INCAR添加参数LELF=TRUE2.VESTA软件处理ELFCAR1.磁性打开ISPIN＝22.不同体系MAGMOM取值不同07光学性质1.静态自洽计算2.非自洽计算3.band.exe程序处理1.静态自洽计算2.读取自洽生成的电荷密度3.打开计算光学LOPTICS=TRUEPARTFOUR碱土金属Ca掺杂体系1.介电函数2.能量损失谱3.吸收谱4.反射率5.折射率光学性质碱土金属Ca掺