In掺杂钛酸锶电子结构第一性原理研究In掺杂钛酸锶电子结构第一性原理研究.doc

伊犁师范学院物理科学与技术学院 2013届本科毕业论文(设计) 论文题目 ： In掺杂SrTiO3电子结构的第一性原理研究 作者姓名 ： 尹伟 班级 ： 09-2B班 专业 ： 物理学 学号 ： 09070201104 指导教师 ： 黄以能 教授 张丽丽 助教 完成时间 ： 2013年5月25日 物理科学与技术学院 二〇一三年五月 In掺杂SrTiO3电子结构的第一性原理研究 内容摘要 本文应用第一性原理计算软件Material Studio 6.0中CASTEP模块，研究了In掺杂SrTiO3电子结构性质，得到了优化后的体系结构参数能带结构和电子态密度。对于In掺杂SrTiO3能带结构的计算表明，纯净的SrTiO3是绝缘体，In替换Ti掺杂后掺杂前费米能级处于价带顶，掺杂后费米能级进入价带中,说明In掺杂后的SrTiO3由绝缘性变为可导电性。同时通过对态密度图进行分析可知，In替换Ti掺杂SrTiO3后，原SrTiO3的Ti-O八面体结构被破坏。 关键词: SrTiO3 第一性原理 能带结构Using first principles calculation software Materials Studio 6.0 CASTEP module, studied In SrTiO3 doped electronic structure properties, band structure got the optimized structure parameters and electronic density of states. For doping In SrTiO3 band structure calculation show that the pure SrTiO3 is an insulator, In replacement of Ti doped after doping before Fermi level In the valence band, Fermi level into the valence band after doping, instructions In SrTiO3 doped after by insulation into electrical conductivity. At the same time, through the analysis of state density diagram, the replacement of Ti doped In SrTiO3, original SrTiO3 Ti-O octahedral structure was destroyed. Key words： SrTiO3 first principles Band Structure 目 录 1、引言 1 1.1 钙钛矿材料概述 1 1.2 钛酸锶的物理特性及研究现状 1 2、研究目的与方法 2 2.1 第一性原理 2 2.2 密度泛函理论 2 2.2.1 多粒子体系的薛定谔方程 3 2.2.2 绝热近似 3 2.2.3 Hohenberg-Kohn定理 3 2.2.4 Kohn-Sham方程 4 2.2.5 交换关联泛函 4 2.3 应用密度泛函计算晶体物理性质的过程 5 2.4 软件介绍CASTEP） 6 3、能带结构和态密度分析的一般方法 7 4、计算与分析 9 4.1 建立模型 9 4.2 几何优化和能带结构 10 4.3态密度 11 5、结论 12 参考文献 13 致谢 14 1、引言 铁电体材料具有压电、电光、声光、和非线性光学等效应。钙钛矿型铁电体是一类非常重要的铁电材料，也是人们研究最广的一类铁电材料，本文所研究的钛酸锶(SrTiO3)也属于钙钛矿材料。从20世纪40年代，有关铁电体的研究就已经开展起来，早期的理论研究模型有朗道理，赝自旋模型和晶格动力模型等，长期以来，人们从实验和理论两个方面对铁电体材料进行了大量研究。20世纪90年代，第一性原理计算方法成为了钙钛矿的一种常规方法。 1.1 钙钛矿材料概述 钙钛矿型铁电体的通式为ABO3，A是一价或是二价阳离子，可以是碱土金属或是稀土元素，其配位数为12[1]，B对应着五价或是四价过渡金属阳离子，其配位数为6[1]。最典型的例子就是SrTiO3和BaTiO3。在足够高的温度下，所有的钙钦矿铁电体都在顺电相，也就是自发极化为零的立方结构，这时钙钦矿结构可以用简立方晶格来描述，每个格点代表图1.1所示的一个结构