有序取向與A位部分替代KTN固溶體的第一性原理研究.pdf

1、鉭鈮酸鉀(KTN)可應用于全息數據存儲、電光開關、波導調節(jié)器等，在制造電光調制器件方面有重要應用前景。摻鋰KTN(KLTN)在電控光折變、電全息波長選擇開關和光孤子單模光纖制作領域得到普遍應用。KNbO3基晶體(當然包括KTN)在無鉛材料中介電壓電性能非常好。2004年，Y. Saito等發(fā)現KNbO3基材料幾乎可以和PZT壓電陶瓷所有性能相媲美，認為是最有前途的無鉛材料。因此，KTN系列晶體成為當前功能材料領域研究熱點。實驗發(fā)現固溶體

2、在納米尺度上有序排列，有序取向納米微域對體塊材料物理性質有重要影響。
　　第一性原理是研究鐵電壓電材料微觀結構最有效工具。利用密度泛函理論對順電相KTa1/2Nb1/2O3物理性質系統(tǒng)研究。討論三種有序取向超晶胞物理性質之間異同。雖然晶格參數一致，但是三種模型中BO6氧八面體和K-O鍵長卻迥然不同。KTN晶體中Ta離子有著明顯反常行為。而且有序取向使KTN晶體能帶帶隙、總能態(tài)密度和各元素投影態(tài)密度發(fā)生明顯變化，導致光學特性也隨著B

3、位陽離子取向而不同。
　　通過廣義梯度近似研究有序KTa1/2Nb1/2O3固溶體鐵電相性質。得到穩(wěn)定結構、計算電子和光學性質。鐵電相是由于B位陽離子偏心位移導致結構不穩(wěn)定造成的。在取向KTN晶體中，不同化學取向會產生不同鐵電相。即鐵電相對B位陽離子有序取向很敏感。KTN晶體中存在反鐵電相，與實驗結果一致。計算顯示各鐵電相光學性質并不相同。
　　利用第一性原理對Cu:KNbO3物理性質進行細致理論研究。計算晶格常數與實驗結果

4、匹配。能帶帶隙比以前計算結果要好很多。吸收光譜特定峰不僅僅是單一躍遷。Cu3d電子使總能態(tài)密度在費米能級處出現一個高峰。可以預測，當Cu離子濃度足夠大時，KNbO3晶體將具有金屬性。
　　理論計算KLTN和KNTN電子結構與光學特性。具體研究為何Li、Na摻雜會使KTN物理性能產生巨大變化而更適合光學應用。分析發(fā)現，Li離子在晶胞內有更大活動空間，共價性很強。然而，Na離子卻是完全離子性。它們的光學性質與KTN晶體光譜有顯著差異。