BiFeO3多铁材料的第一性计算开题报告

1. 研究目的与意义

在本次毕业论文设计中，将对铁酸铋晶体结构、电子结构以及磁性起源进行了第一性研究。

近年来，多铁性材料由于同时具有磁有序和电有序，引起了人们的广泛关注和研究。然而，由于磁有序和电有序在本质上自然互斥，室温时仍能保持磁有序和电有序的多铁性材料非常稀少。对于传统的钙钛矿结构铁电体，B位金属离子一般具有d电子构型。而磁性材料需要d轨道没有完全占满的B位离子，其局域磁矩主要来自于壳层中未成对电子的贡献。已有的实验结果表明，BiFeO3具有较高的铁电居里温度（T=1100 K）和反铁磁尼尔温度（T=643 K）。 因此，作为一种在室温以上既有铁电性又具有反铁磁性的材料，BiFeO3引起了实验和理论研究者极大的研究兴趣。我们基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法，利用GGA的方法对BiFeO3的基态晶体结构、电子结构、铁电性和磁性进行研究。

通过本次毕业设计，一方面使我们增加对先进功能材料的认识和了解，同时掌握对先进的多铁材料的研究方法和手段，从理论角度对BiFeO3多铁材料的物理性质作深入的理解。认识多铁性的起源，为今后相关器件的设计，多自由度调控器件的功能，以及充分了解BiFeO3材料在太阳能光伏材料领域的应用都是有积极意义和学术价值的。

2. 研究内容和预期目标

1.主要研究内容：

一．运用超胞的方法建立bifeo3的超胞模型并通过vasp软件基于第一性原理进行计算。（第一性原理：根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法。第一性原理通常是跟计算联系在一起的，是指在进行计算的时候除了告诉程序你所使用的原子和他们的位置外，没有其它的实验的，经验的或者半经验的参量，且具有很好的移植性。）

二．从铁磁性和铁电性两个角度对bifeo3这一多铁材料进行分析。（多铁材料：材料中包含两种及两种以上铁的基本性能，这些铁的基本性能包括铁电性，铁磁性和铁弹性）。

三．如果时间允许，我们还会从声子色散的频率和方向上分析bifeo3热容量等方面的优缺点差别。

3. 研究的方法与步骤

文献调研法：根据一定的研究目的或课题，通过调查文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题。

数学方法：用数学工具对研究对象进行一系列量的处理，从而作出正确的说明和判断，得到以数学形式表述的成果。

步骤：

一．建立bifeo3的超胞模型，写出poscar，incar，potcar，kpoints并通过vasp软件基于第一性原理进行计算得到材料的晶格常数和电子结构。

4. 参考文献

[1] lattice dynamics of bismuth-deficient bifeofrom first principles, computational materials science 111(2016) 374-379.

[2] catalan g, scott j f. physics and applications of bismuth ferrite[j]. adv mater, 2009, 21: 2463.

[3] kresse g, hafner j. ab initio molecular dynamics for liquid metals[j]. phys rev b, 1993, 47: 558.

[4] kresse g, hafner j. ab initio molecular-dynamics simulation of the liquid-metal-amorphous-semiocnductor transition in germanium[j]. phys rev b, 1994, 49: 14251.

5. 计划与进度安排

1．2022.11.18 ～ 2022.2.21 学生网上选题，视学生选题情况作适当调整。选题结束，指导老师向学生下达任务，学生根据要求收集资料；

2．2022.2.22 ～ 2022.3.13毕业论文工作动员，组织指导老师和青年教师进行交流、培训，并写出开题报告；

3．2022.3.14 ～ 2022.4.15学生根据调研资料和指导老师要求进行论文框架搭建，并按开题报告撰写论文；

4. 2022.4.15～2022.4.29 学生汇报课题进展情况，回答教师提问。各系进行自查，并配合教务处论文中期检查；