多鐵及半導(dǎo)體光催化材料光電磁性質(zhì)研究.pdf

1、多鐵材料由于同時(shí)具有鐵電、鐵磁或鐵彈序等兩種或兩種以上的鐵性有序的奇特性質(zhì)可以被用來(lái)制備同時(shí)具有信息存儲(chǔ)和處理功能的自旋電子學(xué)器件，而受到物理和材料科學(xué)等眾多領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注。半導(dǎo)體光催化材料是解決當(dāng)前人類社會(huì)環(huán)境污染和能源枯竭兩大難題的有效途徑之一。然而，自然界存在的多鐵材料十分稀少，而且磁電效應(yīng)弱；半導(dǎo)體光催化量子效率低，僅能吸收利用太陽(yáng)光中的紫外光。因此，上述關(guān)鍵問題的解決是當(dāng)前凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文主要利

2、用基于密度泛函理論的材料模擬軟件WIEN2K和CASTEP，從理論上研究了多鐵材料磁電耦合機(jī)理、多鐵材料的表面和超晶格的磁電特性以及半導(dǎo)體光催化材料的摻雜改性。
　　 本文的研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：⑴研究了多鐵材料BaMnO3立方相的(001)表面電子結(jié)構(gòu)和磁電輸運(yùn)性質(zhì)：通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)立方相BaMnO3的體材和有以MnO2的(001)面沒有半金屬性，而以BaO為端面的(001)面具有半金屬性；且以BaO為端面的(001)面

3、也是最穩(wěn)定的。立方相BaMnO3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用途廣泛，容易制備，是很好的磁電材料，這為多功能材料的集成提供了新的動(dòng)力。⑵探討了多鐵超晶格BaMnO3/BaTiO3的幾何穩(wěn)定性和磁電特性：通過計(jì)算探討分析，我們發(fā)現(xiàn)將立方相BaMnO3長(zhǎng)在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BaTiO3上，形成BaMnO3/BaTiO3超晶格，立方相BaMnO3/BaTiO3超晶格的鐵磁態(tài)就變成了穩(wěn)定的基態(tài)，而且仍然保持了良好的半金屬特性，并且討論強(qiáng)關(guān)聯(lián)對(duì)BaMnO3/BaTiO3

4、超晶格的半金屬特性的影響。⑶探究了單相多鐵材料BiMn2O5中的電荷、軌道、自旋序以及電荷-軌道序和自發(fā)鐵電極化的關(guān)系：揭示了BiMn2O5的自發(fā)鐵電極化部分來(lái)自于它的電荷-軌道有序，為實(shí)驗(yàn)上設(shè)計(jì)新的多鐵材料提供了理論上的指導(dǎo)。⑷研究了C/H共摻來(lái)提高銳鈦礦TiO2的可見光下的響應(yīng)：通過理論上計(jì)算，發(fā)現(xiàn)C/H共摻銳鈦礦TiO2可以有效提高其在可見光下的響應(yīng)和光催化效率。同時(shí)，C/H也比C單摻更容易植入到TiO2母相里去，這為實(shí)驗(yàn)上合成提