电子掺杂和空穴掺杂对钛酸钡的能带的影响开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：

钛酸钡batio₃是典型的钙钛矿结构，被广泛的应用于制备高介电陶瓷电器、多层陶瓷电容器、ptc热敏电阻、动态随机存储器、谐振器、超声探测、温控传感器等方面。钛酸钡随着温度的下降主要经历4个相变过程，晶相的改变导致铁电性、压电性、介电性等性质发生很大的变化。温度下降到1460℃时，batio₃由六方晶相转变为立方相，在立方结构中ti⁴ 居于o^2-构成的氧八面体中央；从130℃开始，随着温度继续降低，晶胞向一边延长，因此成为四方晶型，伴随结构的变化产生较大的介电异常，该结构转变是产生铁电性的表现；在5℃由四方相转变为单斜相；温度在-90℃以下，四方体沿着体对角线延长，batio₃由单斜相转变为三方相。钛酸钡带隙高达3.4 ev，不能高效吸收辐射照度的可见光波段，一些实验通过替换abo₃中a位或者b位离子不仅能够调节钛酸钡带隙大小，而且对其磁学性质有着巨大的影响。

研究目的：用基于密度泛函理论（dft）的第一性原理方法，优化晶胞几何结构参数，从理论上预测不同浓度的电子掺杂及空穴掺杂对batio₃能带结构的影响，并结合态密度与能带结构的变化趋势，探讨能带变化机理。

研究意义：不同浓度的电子掺杂和空穴掺杂探讨能带变化机理对钛酸钡的铁电性、压电性、介电性以及热释电性等性质均有显著的影响。通过纯电子和空穴掺杂,可以改变钛酸钡的性质,从而使钛酸钡的应用范围更为广泛。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

研究不引入外来元素情形下，单纯的电子掺杂和空穴掺杂对batio₃的晶体结构的影响。用基于密度泛函理论(dft)的第一性原理方法，优化晶胞几何结构参数，从理论上预测不同浓度的电子掺杂及空穴掺杂对batio₃能带结构的影响，并结合态密度与能带结构的变化趋势，探讨能带变化机理。

3. 研究的方法与步骤

拟采用的研究方法是第一性原理方法。

研究步骤：

（1）调研最新的关于钛酸钡的晶体结构及电子结构的文献资料，以及掺杂影响abo₃型钙钛矿晶体结构的机理。

（2）用基于密度泛函理论（dft）的第一性原理方法，优化不同浓度的电子和空穴掺杂下batio₃晶胞的几何结构参数。

4. 参考文献

[1]. s. saha, t. p. sinha, a. mookerjee, electronic structure, chemical bonding, and optical properties of paraelectric batio₃ [j]. physical review b, 2000, 62(13): 8828-8834.

[2]. m. zgonik, p. bernasconi, m. duelli, r. schlesser, p. günter, m. h. garrett, d. rytz, y. zhu, x. wu, dielectric, elastic, piezoelectric, electro-optic, and elasto-optic tensors of batio₃ crystals [j], physical review b. 1994, 50(9): 5941-5949.

[3]. k. johnston, x. y. huang, j. b. neaton, k. m. rab, first-principles study of symmetry lowering and polarization in batio₃/srtio₃ superlattices with in-plane expansion [j]. physical review b, 2005, 71(10): 100103.

5. 计划与进度安排

(1)2022-12-12～2022-03-03

复习固体理论和量子力学方面的有关知识；学习基本的linux命令；学习用vesta软件作晶体结构图；学习vasp软件的应用，学习如何建立输入文件，如何用vasp计算电子结构，如何从输出文件中获取需要的数据，并用origin作态密度图。

(2)2022-03-04～2022-03-10