本文主要研究内容
作者肖承诚（2019）在《新型二维铁电材料的第一性原理研究》一文中研究指出：材料科学是一门对人类生产、生活的物质基础一材料的物性进行研究,以期对自然现有材料性能进行大幅改造,甚至创造新材料的综合性学科。它集物理、化学、生物等学科为一体,研究对象小到电子,大至宇宙。从石器时代,到铁器、铜器时代,人类用材料的发展描绘了文明发展的壮丽史诗。由此可见,材料科学对于现代生活,乃至未来人类生生不息的文明发展起着关键且决定性的作用。超薄二维纳米材料的出现,为具有各种新奇功能的电子器件埋下了伏笔。在被称作信息时代的21世纪,这种厚度只有几个原子层,长宽却可以达到数微米的材料,具有独特的物理性质和极佳的工业应用前景,成为了近十几年来凝聚态物质和材料科学的一个研究热点。具有二维结构的材料具有量子局域化导致的电子效应,在空间维度上也顺应了元器件小型化的趋势,在科学界引起了广泛关注。在二维材料蓬勃发展的同时,铁电材料作为材料学界重视多年的传统研究方向,由于具有较高的工业价值,一直是材料领域的重要议题。新型铁电体甚至被称之为下一代非易失电子器件的候选。近两年来,结合二维和铁电性的二维铁电材料逐渐引起了材料学家们关注,大量新型二维铁电材料在理论和实验的预测下如雨后春笋般涌现。由于其具有独特的可调电学性能,新型二维铁电材料具有极高的潜在应用价值。基于第一性原理,本文系统地研究了两种单元素二维铁电材料的电极化起源,同时利用应力应变等手段,研究了它们对外场的响应与调控方法。本文首次提出了单元素铁电性的概念,并在五族单元素(砷、锑、铋)的类磷烯结构中预测了铁电结构的存在。通过计算得到的铁电极化大小对于砷、锑、铋分别为:0.046,0.075和0.151 μC/m,这种二维面内铁电极化大小在考虑有效厚度的情况下,甚至可以和典型的钙钛矿铁电体的自发极化相比拟。同时,通过电子结构分析发现,这种极化起源于结构的褶皱:当结构无褶皱的情况下,体系处于中心对称。而当体系结构发生褶皱,被电子占据的电子发生了转移,降低了体系的总体能量。正是这种电荷转移导致的结构畸变,促进了新的正负电荷中心的形成,引发了具有长程耦合的电偶极矩的铁电性。进一步,通过声子分析发现,在单层铋结构中还存在一种相邻单胞晶格褶皱方向相反、总体具有中心对称的结构-反铁电结构。这是首次在二维体系中发现单元素的反铁电耦合,为了解释这种耦合的存在,本文利用Landau理论,写出了用于描绘结构相变的唯象模型。通过对模型的进一步分析得到,近邻耦合和单胞转变能垒的关系是决定二维材料中铁电耦合与反铁电耦合关键。通过解析求解方法给出了二维晶体中存在铁电与反铁电结构的决定条件。这个简单的决定条件对今后设计二维铁电反铁电结构具有指导性意义。其次,在硅(001)面的表面重构中,同样的也存在铁电与反铁电结构。硅(001)面表面由两个孤立的硅原子构成,当它们处于同一高度的时候,结构在面内方向具有镜面对称性并表现出金属性质。而当这一对原子发生倾斜,这种镜面对称性会被打破,电荷发生重排,金属性也随着这种结构畸变消失。这种电子结构与原子结构同时发生改变的相变被称为Pierels相变。通过计算发现,这种偶极矩在p(2×l)重构中以铁电序耦合,而在最稳定的c(4×2)结构中,则以反铁电序耦合。另外,计算表明,单轴压缩可以通过电偶极矩之间的耦合,大大增强这种铁电/反铁电性的稳定性。通过理论分析和Monte-Carlo模拟,本文还计算了这种表面铁电/反铁电结构的相变温度和电滞回线。这些分析表明,在传统材料硅的表面,铁电性质可以通过应变、外电场对电偶极矩进行大幅度的调制。结合硅的工业发展程度,我们预测在未来工业生产中,这些特殊的性质会有极大的用武之地。
Abstract
cai liao ke xue shi yi men dui ren lei sheng chan 、sheng huo de wu zhi ji chu yi cai liao de wu xing jin hang yan jiu ,yi ji dui zi ran xian you cai liao xing neng jin hang da fu gai zao ,shen zhi chuang zao xin cai liao de zeng ge xing xue ke 。ta ji wu li 、hua xue 、sheng wu deng xue ke wei yi ti ,yan jiu dui xiang xiao dao dian zi ,da zhi yu zhou 。cong dan qi shi dai ,dao tie qi 、tong qi shi dai ,ren lei yong cai liao de fa zhan miao hui le wen ming fa zhan de zhuang li shi shi 。you ci ke jian ,cai liao ke xue dui yu xian dai sheng huo ,nai zhi wei lai ren lei sheng sheng bu xi de wen ming fa zhan qi zhao guan jian ju jue ding xing de zuo yong 。chao bao er wei na mi cai liao de chu xian ,wei ju you ge chong xin ji gong neng de dian zi qi jian mai xia le fu bi 。zai bei chen zuo xin xi shi dai de 21shi ji ,zhe chong hou du zhi you ji ge yuan zi ceng ,chang kuan que ke yi da dao shu wei mi de cai liao ,ju you du te de wu li xing zhi he ji jia de gong ye ying yong qian jing ,cheng wei le jin shi ji nian lai ning ju tai wu zhi he cai liao ke xue de yi ge yan jiu re dian 。ju you er wei jie gou de cai liao ju you liang zi ju yu hua dao zhi de dian zi xiao ying ,zai kong jian wei du shang ye shun ying le yuan qi jian xiao xing hua de qu shi ,zai ke xue jie yin qi le an fan guan zhu 。zai er wei cai liao peng bo fa zhan de tong shi ,tie dian cai liao zuo wei cai liao xue jie chong shi duo nian de chuan tong yan jiu fang xiang ,you yu ju you jiao gao de gong ye jia zhi ,yi zhi shi cai liao ling yu de chong yao yi ti 。xin xing tie dian ti shen zhi bei chen zhi wei xia yi dai fei yi shi dian zi qi jian de hou shua 。jin liang nian lai ,jie ge er wei he tie dian xing de er wei tie dian cai liao zhu jian yin qi le cai liao xue jia men guan zhu ,da liang xin xing er wei tie dian cai liao zai li lun he shi yan de yu ce xia ru yu hou chun sun ban chong xian 。you yu ji ju you du te de ke diao dian xue xing neng ,xin xing er wei tie dian cai liao ju you ji gao de qian zai ying yong jia 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论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自浙江大学的肖承诚，发表于刊物浙江大学2019-07-04论文，是一篇关于密度泛函理论论文,铁电性论文,二维材料论文,单质元素铁电材料论文,浙江大学2019-07-04论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自浙江大学2019-07-04论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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