【摘 要】
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本论文运用第一性原理主要进行了对复杂钙钛矿氧化物中的挠曲电效应研究。挠曲电效应指应变梯度与电极化之间的机电耦合,这种独特的机电耦合效应在复杂钙钛矿氧化物中存在潜在的增强,使其在新型存储器、畴工程和传感器等领域有广阔的应用前景,因此,设计一种具有显著挠曲电效应的材料具有重大意义。本文运用第一性原理,构建了由SrTiO3和BaTiO3以n:n（n=1,2,3,4）交替的SrTiO3/BaTiO3（SB
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本论文运用第一性原理主要进行了对复杂钙钛矿氧化物中的挠曲电效应研究。挠曲电效应指应变梯度与电极化之间的机电耦合,这种独特的机电耦合效应在复杂钙钛矿氧化物中存在潜在的增强,使其在新型存储器、畴工程和传感器等领域有广阔的应用前景,因此,设计一种具有显著挠曲电效应的材料具有重大意义。本文运用第一性原理,构建了由SrTiO3和BaTiO3以n:n（n=1,2,3,4）交替的SrTiO3/BaTiO3（SBT）超晶格,通过移动超晶格中的原子来模拟SBT超晶格的应变梯度状态,并利用玻恩有效电荷计算SBT超晶格在应变梯度状态下的挠曲电极化,从而计算得到SBT超晶格的三个挠曲电系数分量:纵向挠曲电系数、横向挠曲电系数和剪切挠曲电系数。在不同n值下的SBT超晶格中挠曲电系数计算结果如下:在相同正弦形式的应变梯度下,纵向挠曲电极化几乎不受n值的影响,纵向挠曲电系数在不同n值下的SBT结构中基本一致,在n为1、2、3和4的情况下得到的纵向挠曲电系数3333分别为-0.308 n C/m、-0.218 n C/m、-0.358 n C/m和-0.409 n C/m。横向挠曲电系数随SBT结构的变化产生显著差异,n值的变化会很大程度影响超晶格在相同的正弦形式的横向应变梯度下原子的纵向偏移程度,从而影响挠曲电极化,致横向挠曲电系数显示出不同增强,在n为1、2、3和4的情况下横向挠曲电系数μ3311分别为9.87 n C/m、44.867 n C/m、58.385 n C/m和53.179 n C/m。在相同的余弦形式的应变梯度情况下,剪切挠曲电系数基本不受SBT结构差异的影响,在n为1、2、3和4计算得到的剪切挠曲电系数μ1313分别为-2.838 n C/m、-2.092 n C/m、-1.957n C/m和-1.725 n C/m。纵向和剪切挠曲系数对SBT超晶格结构变化并不敏感,但横向挠曲电系数在n值较大的SBT超晶格结构表现出了显著增强,较其组分材料SrTiO3和BaTiO3最大表现出了30倍左右的增强。SBT超晶格结构中横向挠曲电系数的显著增强证明复合结构是提高块体材料挠曲电效应的有效手段,这些结果可用于帮助寻找更有效的挠曲电材料。
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