PDF《！＂电子结构》

!"电子结构 和光学性质的第一性原理研究! 孔祥兰!) 侯芹英") 苏希玉!) # 齐延华!) 支晓芬!) !) (曲阜师范大学物理工程学院, 曲阜 "$%!&') ") (曲阜师范大学图书馆, 曲阜 "$%!&') ("(() 年)月"" 日收到;

"(() 年!! 月"* 日收到修改稿) 利用第一性原理研究了 012% 的能带结构和光学性质3 结果表明, 导带和价带都来源于钛原子 %4 轨道 和氧原子 "5 轨道的杂化3 导带主要由钛原子的 %4 轨道贡献, 价带主要由氧原子的 "5 轨道贡献3 吸收系数为 !('

678 ! 量级, 且吸收主要集中在低能区3折射率为 ! (()

9 "-!, 结果与实验符合3 关键词:第一性原理,能带结构,光学性质 !国家自然科学基金 (批准号: 和山东省理论物理重点学科资助的课题3 # 通讯联系人3 : ?1@ABAC B1D,3 6E7 !- 引言随着科学技术的发展, 各种新型功能材料在电 子技术、 激光技术和信息技术等领域得到了广泛应 用, 铁电晶体光学器件因其特殊重要性而成为热门 研究领域3 "( 世纪 *( 年代人们就研究了铁电体 +,012% 和.

/012% 形成的固溶体 [!―F] , 其性能优于单 一铁电材料3 固溶体 012% 集+,012% 的高介 电常数和 ./012% 的结构稳定性于一身, 具有高介电 常数、 低漏电流密度、 介电可调、 热稳定性和高频性 能好等优点,可用于动态随机存取存储器(GH:;

.) 、 集成微波器件等领域3 早期对固溶体的 研究多集中在实验方面, 近年来相关的理论研究也 受到了人们的重视 ['―)]

3 薛卫东等 [*] 计算了不同 +,I./摩尔比 +," ./!

8 " 012% 系统的总能量, 确定了 +," ./!

8 " 012% 的精细结构;

王渊旭 [!(] 研究了立方相 012% (+.0) 的结构稳定性问题;

J1BKADEL 等[!!] 研究了 012% 的电子结构3本文中, 我们 用第一性原理方法研究了 012% 系统的电子 结构和光学性质, 给出了系统的能带、 电子态密度、 介电函数、 光学吸收谱和反射谱, 结果与实验符合3 "- 计算方法和模型 我们的计算基于密度泛函理论( 4MDB1N@ OAD6N1ED,> NPME/@,GQ0) 的广义梯度近似 (RMDM/,>1SM4 R/,41MDN ,55/E?17,N1ED, TT:) 修正方法 [!"] , 利用了美 国:66M>/@B 公司 ;

,NM/1,> .NA41EB F-! 软件中的量子力 学模块 U,BNM5 程序包3 在计算中, 不考虑自旋影响;

采用超软赝势 (A>N/,BEON 5BMA4E5ENMDN1,>,V.J) 来近似 描述价电子与离子实之间的相互作用;

平面波截断 能#6AN 取为 %F( MW;

布里渊区 $ 点选择为 & X & X %;

交换相干函数用 TT:IJY*! [!"] 进行处理, 自洽精度 为"-( X !(8 & MWI,NE73 将一个 +,012% (+02) 晶胞与一个 ./012% (.02) 晶胞 沿[((!] 方向叠加构建成超晶胞+,./01" 2& (+.0) , 如图 ! 所示计算中 012% 的晶格常数 采用 Z 射线衍射实验结果 %

9 %-*%( [ [", !%, !F]

3 为得 到能量最低的晶格结构, 采用 +QT. 算法进行几何 优化3 %- 结果与讨论 经过几何优化后 +,012% , ./012% 和012% 第') 卷第&期"((* 年&月I"((*I') ((&) IF!")=(F 物理学报:U0: J\].^U: .^_^U: WE>3'), _E3&, 'ADM, "((* ! " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "((* UP1D3JP@B3 .E63 图 超晶胞 的晶格常数分别为 -%$!., ,%/,! 和,%/0& 1, 实验值 分别为 ,%//., ,%/$& 和,%/,$ 1, 相对误差分别为 $%&&2, $%342和!%!&2, 都与实验值接近, 相对误 差不超过 32, 这说明我们的计算方法是合理的5 !"#" 能带结构和态密度 在结构优化的基础上, 我们计算了 的能带结构和态密度, 结果分别示于图