1、硕士学位论文ABO3 型掺杂材料的电子结构与光学特性研究The Study of Electronics Structure andOptical Properties of Doping- ABO3 Materials学位论文使用授权声明本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即： 学校档案馆和图书馆 有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编学位论文； 为教学和科研目的，学校档案馆和 图书馆可以将公
2、开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法 规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名： 导师签名：年 月 日 年 月 日中图分类号 O43 学校代码 10290 UDC 535 密 级 公开 中国矿业大学硕士学位论文ABO3 型掺杂材料的电子结构与光学特性研究The Study of Electronics Structure andOptical Properties of Doping- ABO3 Materials作 者 龚 赛 导 师 王月花 申请学位 理学硕士 培养单位 理学院 学科专
3、业 光 学 研究方向 铁电、铁磁材料性质 答辩委员会主席 顾明亮 评 阅 人 彭长德、吴玉喜 二一年五月论文审阅认定书研究生 龚 赛 在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅， 论文中的观点、数据、表述和 结 构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年 月 日致谢在本论文完成之际，作者首先对导师王月花副教授致以最衷心的感谢，感谢王老师三年来对我工作、学 习和生活上的指导、关心及帮助。本 论文是在导师王月花副教授的悉心指导和不断鼓励下完成的，可以说，从论文的选题到论文
4、的完成，每一个环节都倾注了王老师很大的心血。学 术上王老师以身作则， 对工作一丝不苟， 严谨的治学态度，精益求精的探索精神深深地影响着我。特别使我难忘的是王老师在百忙之中帮我字斟句酌的修改英文论文，使我的英语写作水平有了很大的提高。在此，再一次向倾心指导和培养我的王月花副教授致以诚挚的谢意。在三年的学习中，唐刚教授、韩奎教授、 张国营教授、杨先清教授、殷春浩教授、吴玉喜副教授、沈义峰副教授、牟致 栋副教授等多位老 师也给予了作者很大的帮助。在这里还要感谢段益峰老师、石礼伟老师和师姐潘红亮，他们的热心帮助使我克服了许多困难。此外，研究生同学周伟、赵强、胡智向等多位同学曾与作者 进行过有益的讨论，
5、在此一并致谢！作者学业的顺利完成离不开家人的帮助和支持，在此也衷心地向他们说一声：谢谢！感谢参与评审的各位老师对我论文的进一步提高提出的宝贵意见。I摘 要ABO3型钙钛矿材料因其优异的铁电和铁磁特性而受到人们的广泛关注，对于这些特性的微观机理探索也已经成为了一个研究热点。计算机技术的快速发展使研究真实材料的电子结构成为可能，而密度泛函理论给研究材料的物理性质提供了坚实的理论基础。因此，基于密度泛函理论的第一性原理计算，就成为研究材料基态性质的强大工具。通过计算，我们不仅可以解释材料的物理性质，而且可以任意改变材料的形状或所处的环境，从而去模拟不同条件下材料的行为。这就可以为预测材料的新性能或者
6、指导新材料的合成提供依据。本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对ABO 3型掺杂材料和 进行了系统的研究，从电子结构和光学响应方面揭x1-3BiAlGaO1-x3YCaTi示这些材料的特性。主要内容如下：一、对正交相 铁电材料的电子特性和光学性质进行了研究。x1-3BiAlGO目前，关于 的研究主要集中在实验合成方面，理论上的报道很少。-ila为了了解其铁电性以及光学特性与内部电子结构的关系，本文采用第一性原理全势线性缀加平面波方法对 的晶体结构、体模量、能带、态密度x1-3ila及光学响应进行了计算，发现轨道杂化有利于铁电结构的稳定性。本文还讨论了Al掺杂浓度对材料性能的影响，并从理论上
7、给出了相应的解释，预言了是一种可利用的介电材料。x1-3BiAlGaO二、本文利用第一性原理全势线性缀加平面波方法对正交相 铁1-x3YCaTiO磁材料的晶体结构、磁矩、能带、态密度、电子密度分布和光学性质进行了计算。分析了Ca掺杂浓度对其磁性以及内部电子结构的影响， 并结合实验结果对掺杂后光学性质的变化的机理进行了讨论，得到了一些有意义的结果。该论文有图 16 幅，表 4 个，参考文献 59 篇。关键词： ， ，第一性原理，电子结构，光学性质x1-3BiAlGaO1-x3YCaTiIIAbstractThe ABO3-perovskites have attracted much inter
8、est because of their excellent ferroelectric and ferromagnetic properties, and the explorations of their microscopic mechanism become an active research front. With the development of computer, the computation of electronic structure for practical materials has become available. On the other hand, d
9、ensity function theory gives a firmly theoretical foundation for the study of ground states of materials. Then the first principle calculation based on density function theory has become one of the most powerful tools in condensed matters. With the first principle calculation, we can not only get pr
10、operties of material, but also simulate their behaviors under different conditions. This means that we can predict the properties of materials or design the required materials.In this thesis, First-principles calculation based on density functional theory are performed for doping-ABO3 materials and
11、. It is our x1-3BiAlGaO1-x3YCaTiintention to clarify the properties of these materials by the electronic structure and optical properties. The main contents are as follows:First, the electronic structure and optical properties of orthorhombic are studied. At present, the research are mainly concentr
12、ating on x1-3BiAlGaOexperimental synthesis, there is few reports about theory. To find out the relationship between ferroelectric properties and electronic structure, the crystal structure, bulk moduli, energy band, densities of states and optical properties are systematically calculated using the f
13、ull potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method. The result shows that orbital hybridizations can help keeping the stability of ferroelectric structure. The effect to the properties with different Al concentration is analyzed and explained in theory. It is proposed that is a promising
14、 x1-3BiAlGOdielectric material.Second, the crystal structures, magnetic moments, band structures, density of states and charge-density distributions of orthorhombic are calculated 1-x3YCaTiusing the full potential linearized augmented plane wave method. The effects to the magnetism and electronic st
15、ructure with different Ca concentration are discussed. Furthermore， the change of optical properties is analyzed after doping in comparison with the experimental results.Key words: ; ; First-Principles; Electronic structure; x1-3BiAlGaO-x3YCaTiOptical propertiesIII目 录摘要目录图清单表清单1 绪 论 11.1 物质的铁电性11.2
16、物质的磁性 51.3 本文的工作和目的 112 理论基础132.1 密度泛函理论 132.2 全势线性缀加平面波方法193 BiAlxGa1-xO3的电子结构和光学性质 253.1 引言 253.2 计算结果及讨论273.3 本章小结 334 Y1-xCaxTiO3 的电子结构和光学性质 354.1 引言 354.2 计算结果及讨论 364.3 本章小结 415 总结43参考文献45作者简介49学位论文原创性声明50学位论文数据集51IVContentsAbstractContentsList of FiguresList of Tables1 Introduction11.1 Ferroel
17、ectrics of Materials11.2 Magnetism of Materials51.3 The Work and Purpose of This Thesis112 Theoretical Basis132.1 Density Functional Theory132.2 The Full Potential Linearized Augmented Plane Wave Method193 Electronic Structure and Optical Properties of BiAlxGa1-xO3253.1 Introduction253.2 Results and Discussions273.3 Conclusions of the Chapter334 Electronic Structure and Optical Properties of Y1-xCaxTiO3.354.1 Introduction354.2 Results and Discussions364.3 Conclusions of the Chapter415 Conclusions.43References .45Authors Resume49Declaration of Thesis Originality50Thesis Data Collection.51
