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掺杂LaAlO_3电子结构和光学性质的第一性原理研究

作　者: 徐曼
导　师: 李玉现
学　校: 河北师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 第一性原理 LaAlO3 电子结构光学性质
分类号: O614.331
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文在密度泛函理论的基础上,采用第一性原理方法对单晶LaAlO₃的几何结构,能带结构和电子态密度进行了计算。计算中选取不同的平面波截断能和k点网格精度,得到最稳定状态LaAlO₃单晶的几何结构,其晶格参数为a=b=5.441（A|°）,c=13.266（A|°）,与实验值比较吻合（a=b=5.365 （A|°）,c=13.111 （A|°））。为了定量的得到化学键的性质,我们进行了电子云重叠布局数分析,O-Al键的电子布局数为0.38,O-La键的布局数为0.18,O-Al键是共价的并且键能要强于O-La。从计算的能带结构和态密度可以看出,LaAlO₃有一个直接带隙（Eg=3.6eV）,要小于实际禁带宽度5.6eV,这与使用广义梯度近似处理电子相互关联能有关。其价带部分主要由O 2p轨道电子贡献,混合了Al 3s3p和La 5p轨道的一些电子,但在费米面上主要还是由O 2s轨道贡献,导带主要由La 5d和Al 3s3p轨道电子贡献,在对各原子的分波态密度研究中还发现,Al 3s3p和O 2s,O 2p分别在-18.3eV--16.1和-6.8eV--1.4eV产生了强烈的轨道杂化。对LaAlO₃晶体B位用Mg进行了替位掺杂,对所得LaAlO₃:Mg模型进行态密度分析发现其态密度向高能方向移动了0.5eV,光学带隙变宽,在A位用Sr进行了替位掺杂,发现了同样的现象。分别计算了纯LaAlO₃,Mg:LaAlO₃和Sr:LaAlO₃的光学性质,对其介电函数,吸收系数谱,反射谱和能量损失谱进行了理论分析,掺杂后的晶体的介电函数虚部在0.23eV附近产生了新的峰,对比分波态密度可知,那是杂质电子能级和La 5d轨道跃迁的结果,对比了纯LaAlO₃和掺杂后的晶体的吸收谱,反射谱和能量损失谱,发现掺杂后的LaAlO₃晶体在可见光区的透光性大大增加。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章引言  8-15
  1.1 LaAlO_3的基本结构和性质  9-10
  1.2 密度泛函理论  10-11
  1.3 局域密度近似  11-12
  1.4 广义梯度近似  12-13
  1.5 赝势方法  13-14
  1.6 CASTEP 软件简介  14-15
第二章单晶 LaAlO_3的结构和光学性质研究  15-23
  2.1 计算模型与计算方法  15-17
  2.2 单晶 LaA10_3的几何结构和电子结构  17-19
  2.3 单晶 LaAlO_3的光学性质  19-21
  2.4 小结  21-23
第三章 Mg，Sr 掺杂LaA10_3的结构及其光学性质  23-31
  3.1 掺杂模型和计算方法  23
  3.2 Mg，Sr 掺杂 LaA10_3的几何结构和电子结构  23-27
  3.3 Mg，Sr 掺杂LaA10_3的光学性质  27-30
  3.4 小结  30-31
第四章结论  31-33
参考文献  33-35
致谢  35

掺杂LaAlO_3电子结构和光学性质的第一性原理研究

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