电子掺杂和空穴掺杂对钛酸钡的晶体结构的影响开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：钛酸钡是最早发现的一种具有abo₃型钙钛矿晶体结构的典型铁电体,它具有高介电常数及铁电、压电和正温度系数效应等优异的电学性能。另外钛酸钡具有自发极化，常温下属于四方相，其自发极化主要是由钛离子偏离氧八面体中心，沿四重轴方向发生位移引起，自发极化产生的内建电场可有效抑制光生电子-空穴对复合，有利于对太阳能吸收存储。但钛酸钡带隙高达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。本文旨在从理论上系统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晶体结构的影响材料进行掺杂研究，探求其晶体结构的变化规律，以便建立载流子掺杂对钛酸钡结构和性质的影响。

研究目的：本课题拟用第一性原理方法，研究在不同浓度的电子掺杂和空穴掺杂下，batio₃的晶体结构和态密度分布变化趋势和变化机理。

研究意义：钛酸钡的晶体结构的不同可能会导致它的性质有所改变，该研究对不同浓度的电子和空穴掺杂的batio₃各自具有的性质具有重要的参考价值。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

（1）用第一性原理方法，研究未掺杂的batio₃的晶体结构和态密度分布。

（2）用第一性原理方法，研究不同浓度下的电子和空穴掺杂的batio₃的晶体结构以及态密度分布情况。

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。研究步骤如下：

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. 用第一性原理方法研究未掺杂的batio₃的基态晶体结构，分析总态密度与分态密度、电荷密度分布。

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   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.

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   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

   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，提出研究方案，完成开题报告，教师完成开题报告审核。

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