论文摘要
钙钛矿（ABO3）型铁电材料具有优良的铁电、压电、热释电、介电、电光、声光、非线性光学等特性,所以它们在通讯系统、光电子等领域获得了广泛的应用,从而引起国内外学者的广泛研究。由于计算机软硬件及算法的发展,计算机模拟的方法被广泛的用来研究钙钛矿型铁电体的结构及性能,其中分子动力学和蒙特卡罗方法就是重要的计算机模拟技术手段。BaTiO3是一种具有优良铁电、压电和抗辐射性能的钙钛矿铁电材料,在强辐射情况下的功能器件中有广泛应用。BaTiO3在离子辐射下的结构损伤,尤其是O空位的产生与分布对铁电性能的退化及失效机制有决定性的影响。本文计算机模拟包括2个部分:（i）先应用分子动力学,模拟BaTiO3体系在初级击出原子PKA（primary knock-on atom）轰击下缺陷产生和复合的动力学过程,模拟结果表明:PKA的方向和能量对缺陷数目有重要影响,并计算了Ba、O和Ti原子的平均位移阈能分别为69eV、51eV和123eV。选取Ti原子作为PKA,研究在1.5 keV < E PKA< 4.0 keV能量范围下BaTiO3级联效应。结果表明由于不同的碰撞类型（正碰或者掠射）,入射方向对体系缺陷形成有着重要的影响,另外,由于退火效应的存在,体系的缺陷数目并不是简单随能量增加而增加。分子动力学模拟提供级联效应的大量细节对BaTiO3辐射损伤有了很好认识。（ii）然后应用蒙特卡罗软件包SRIM,模拟H+、O2-和Au2+在BaTiO3薄膜中的能量损失过程,分析入射能量和入射角度对空位数量以及分布的影响。结果表明对于同一入射离子,空位数量随着入射能量增加而增加,增加的速率随能量的增加是降低的;当入射角度大于70°,空位数量随入射角增大而明显减少。对于同一入射能量、不同种类的离子:Au2+产生的空位数目远远大于H+和O2-所产生的空位数目。这是因为,相对于H+入射,Au2+的位移能损占主导地位,位移的能量损失形成了大量缺陷。此外,我们分别计算了BaTiO3对3种不同入射离子的核阻止本领和电子阻止本领。结果发现BaTiO3对Au2+的核阻止本领远远大于其他2种入射离子,这导致了Au2+在BaTiO3薄膜内表层大量沉积,同时由位移能损形成的大量反冲原子造成了缺陷数目远远大于其他2种入射离子。本论文从原子层面研究BaTiO3在辐射作用下缺陷的动力学过程,模拟结果对于分析离子辐照下BaTiO3薄膜微观结构的损伤有一定的参考意义。
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相关论文文献
- [1].钙钛矿铁电体原子势参数的灵敏度分析及优化[J]. 物理学报 2010(07)