纳米硅晶粒及铁电材料光学性质的第一性原理研究

论文摘要

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了几种钙钛矿铁电材料的电子结构、弹性系数及光学性质,并且研究了球状和柱状纳米si晶粒的光学性质。具体包括：第一,通过计算铁电相和顺电相BiFeO3的电子结构,揭示了其铁电性起源；第二,第一性原理计算弹性时,交换关联函数与晶格常数对计算精确度影响较大,而且,由于缺乏BiFeO3弹性顺度系数的实验值,为了计算室温下BiFeO3材料的弹性顺度系数,首先计算了具有实验结果的PbTiO3材料,然后采用相同的方法计算了BiFeO3的弹性顺度系数；第三,计算了CaZrO3和BaZrO3的能带结构及光学性质,结果表明,BaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.49 eV和3.23 eV。CaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.73 eV和3.38 eV。BaZrO3介电函数虚部上有8个明显的峰,CaZrO3介电函数虚部上有9个明显的峰。这两种材料的介电函数与光子能量的关系在低能区比较接近,在高能区差别比较大,而且在其他光学参量上低能区也比较相似,高能区差异较大,在高能区,CaZrO3相对BaZrO3峰有向更高能量方向偏移的特点；最后计算了球状和柱状不同尺寸纳米Si晶粒的能带结构和光学性质,结果表明,随着颗粒尺寸变小,带隙随之增大,光学吸收峰也随之出现了蓝移现象。这与实验结果很好的吻合,揭示了纳米材料的发光机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 铁电材料的研究历史及现状
• 1.2 纳米材料的研究历史及现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 理论基础
• 2.1 CASTEP软件理论模拟简介
• 2.2 密度泛函理论
• 2.2.1 Hohenberg—Kohn定理
• 2.2.2 Kohn—Sham方程
• 2.2.3 局域密度近似
• 2.2.4 广义梯度近似
• 2.2.5 自洽场计算
• 2.3 本章小结
• 3电子结构的第一性原理研究'>第3章 BiFeO₃电子结构的第一性原理研究
• 3.1 模型选择与计算
• 3.2 结果与分析
• 3晶体的电子结构'>3.2.1 "赝立方"BiFeO₃晶体的电子结构
• 3晶体的电子结'>3.2.2 斜方六面晶系BiFeO₃晶体的电子结
• 3.3 结论
• 3弹性顺度系数的第一性原理计算'>第4章 BiFeO₃弹性顺度系数的第一性原理计算
• 4.1 模型建立与计算
• 4.2 结果与分析
• 3弹性顺度系数计算结果分析'>4.2.1 PbTiO₃弹性顺度系数计算结果分析
• 3弹性顺度系数计算结果分析'>4.2.2 BiFeO₃弹性顺度系数计算结果分析
• 4.3 结论
• 3和CaZrO₃能带和光学性质的第一性原理研究'>第5章 BaZrO₃和CaZrO₃能带和光学性质的第一性原理研究
• 5.1 模型选择及参数设置
• 5.2 结果和讨论
• 3和CaZrO₃的能带分析'>5.2.1 BaZrO₃和CaZrO₃的能带分析
• 3和CaZrO₃光学特点的分析'>5.2.2 BaZrO₃和CaZrO₃光学特点的分析
• 5.3 结论
• 第6章 不同尺寸纳米Si颗粒光学性质的第一性原理研究
• 6.1 模型与计算方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 不同尺寸球状纳米Si颗粒的能带结构
• 6.2.2 不同尺寸柱状纳米Si颗粒的能带结构
• 6.2.3 不同直径球状纳米Si颗粒的光学性质
• 6.2.4 不同尺寸柱状纳米Si晶粒的光学性质
• 6.3 结论
• 结束语
• 参考文献
• 附录
• 致谢