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纳米硅晶粒及铁电材料光学性质的第一性原理研究

作　者: 吴转花
导　师: 王英龙
学　校: 河北大学
专　业: 光学
关键词: 铁电材料纳米晶粒第一性原理电子结构弹性顺度系数光学性质
分类号: O482.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了几种钙钛矿铁电材料的电子结构、弹性系数及光学性质,并且研究了球状和柱状纳米si晶粒的光学性质。具体包括：第一,通过计算铁电相和顺电相BiFeO3的电子结构,揭示了其铁电性起源；第二,第一性原理计算弹性时,交换关联函数与晶格常数对计算精确度影响较大,而且,由于缺乏BiFeO3弹性顺度系数的实验值,为了计算室温下BiFeO3材料的弹性顺度系数,首先计算了具有实验结果的PbTiO3材料,然后采用相同的方法计算了BiFeO3的弹性顺度系数；第三,计算了CaZrO3和BaZrO3的能带结构及光学性质,结果表明,BaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.49 eV和3.23 eV。CaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.73 eV和3.38 eV。BaZrO3介电函数虚部上有8个明显的峰,CaZrO3介电函数虚部上有9个明显的峰。这两种材料的介电函数与光子能量的关系在低能区比较接近,在高能区差别比较大,而且在其他光学参量上低能区也比较相似,高能区差异较大,在高能区,CaZrO3相对BaZrO3峰有向更高能量方向偏移的特点；最后计算了球状和柱状不同尺寸纳米Si晶粒的能带结构和光学性质,结果表明,随着颗粒尺寸变小,带隙随之增大,光学吸收峰也随之出现了蓝移现象。这与实验结果很好的吻合,揭示了纳米材料的发光机理。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章引言  9-14
  1.1 铁电材料的研究历史及现状  9-11
  1.2 纳米材料的研究历史及现状  11-12
  1.3 本文的主要工作  12-14
第2章理论基础  14-24
  2.1 CASTEP软件理论模拟简介  14
  2.2 密度泛函理论  14-23
    2.2.1 Hohenberg—Kohn定理  14-17
    2.2.2 Kohn—Sham方程  17-19
    2.2.3 局域密度近似  19-21
    2.2.4 广义梯度近似  21-22
    2.2.5 自洽场计算  22-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章 BiFeO_3电子结构的第一性原理研究  24-30
  3.1 模型选择与计算  24
  3.2 结果与分析  24-29
    3.2.1 "赝立方"BiFeO_3晶体的电子结构  24-27
    3.2.2 斜方六面晶系BiFeO_3晶体的电子结  27-29
  3.3 结论  29-30
第4章 BiFeO_3弹性顺度系数的第一性原理计算  30-34
  4.1 模型建立与计算  30
  4.2 结果与分析  30-33
    4.2.1 PbTiO_3弹性顺度系数计算结果分析  30-32
    4.2.2 BiFeO_3弹性顺度系数计算结果分析  32-33
  4.3 结论  33-34
第5章 BaZrO_3和CaZrO_3能带和光学性质的第一性原理研究  34-38
  5.1 模型选择及参数设置  34
  5.2 结果和讨论  34-37
    5.2.1 BaZrO_3和CaZrO_3的能带分析  34-35
    5.2.2 BaZrO_3和CaZrO_3光学特点的分析  35-37
  5.3 结论  37-38
第6章不同尺寸纳米Si颗粒光学性质的第一性原理研究  38-46
  6.1 模型与计算方法  38-39
  6.2 结果与分析  39-45
    6.2.1 不同尺寸球状纳米Si颗粒的能带结构  39-41
    6.2.2 不同尺寸柱状纳米Si颗粒的能带结构  41-42
    6.2.3 不同直径球状纳米Si颗粒的光学性质  42-44
    6.2.4 不同尺寸柱状纳米Si晶粒的光学性质  44-45
  6.3 结论  45-46
结束语  46-48
参考文献  48-52
附录  52-53
致谢  53

纳米硅晶粒及铁电材料光学性质的第一性原理研究

内容摘要

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