摻雜型鈣鈦礦SrMO3(M=Ru,Ti)結(jié)構(gòu)和性能的第一性原理研究.pdf

1、本文采用含超軟贗勢平面波方法的廣義梯度近似和局域密度近似第一性原理對SrRuO3/SrTiO3/SrRuO3隧道結(jié)中的氧空位情況進行計算分析，同時對Na和Fe摻雜SrRuO3的結(jié)構(gòu)、電子和磁學性質(zhì)，以及Ti摻雜SrRuO3的結(jié)構(gòu)、電子和力學性質(zhì)進行了相關(guān)研究。
　　首先，采用第一性原理計算方法對SrRuO3/SrTiO3/SrRuO3磁性隧道結(jié)的氧空位形成能進行了相關(guān)研究。結(jié)果表明該體系的氧空位形成能的大小除了主要受到金屬-氧鍵的

2、斷裂的影響外，還受到界面晶格參數(shù)匹配情況的影響。計算結(jié)果表明氧空位的分布集中在晶格生長的界面上。此外，本文還對最低氧空位形成能模型的兩個界面的電子環(huán)境和磁性環(huán)境的不對稱性進行了評估。
　　其次，采用含超軟贗勢平面波方法的廣義梯度近似和局域密度近的第一性原理對Ru摻雜立方相SrTiO3體系進行了研究。計算的晶格常數(shù)與實驗值吻合。用電子結(jié)構(gòu)分析表明SrTiO3和SrRu0.125Ti0.875O3分別為絕緣體和導(dǎo)體，原因是Ru-O的雜

3、化使體系在費米能級上的電子數(shù)升高，并且從能帶結(jié)構(gòu)圖上可以得知，Ru-O雜化帶使得費米能級穿過了價帶，從而摻雜的體系發(fā)生了絕緣體-導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，這與實驗現(xiàn)象吻合。本文還計算綜合分析了SrTiO3和SrRu0.125Ti0.875O3的彈性常數(shù)，體積彈性模量，各向異性常數(shù)，并預(yù)測了其德拜溫度，計算結(jié)果與實驗值相近。
　　第三，基于密度泛函理論含超軟贗勢平面波的方法，在廣義梯度近似并考慮庫倫排斥作用(GGA+U)下研究了對于Na摻雜SrR

4、uO3體系的結(jié)構(gòu)，電子及磁性質(zhì)。對模型的基態(tài)能量計算表明，所有的模型都處于穩(wěn)定的順磁性狀態(tài)。Na的摻雜使RuO6八面體發(fā)生了比較強烈的Jahn-Teller畸變。Na摻雜削弱了SrRuO3的斯托納(Stoner)效應(yīng)，從而導(dǎo)致了SrRuO3磁性減小。能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度的計算結(jié)果表明，Na摻雜使得SrRuO3在費米能級附近的能帶相互遠離，降低了費米能級上的電子數(shù)量，通過積分計算可得出費米能級以上的電子數(shù)量同樣減少了。綜合可得Na摻雜雖然可以