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BiFeO_3电子结构的第一性原理研究

BiFeO_3电子结构的第一性原理研究

第25卷 第5期

2008年10月

原 子 与 分 子 物 理 学 报

JOURNALOFATOMICANDMOLECULARPHYSICS

Vol.25

BiFeO_3电子结构的第一性原理研究

 No.5

Oct.2008

文章编号:100020364(2008)0521281206

BiFeO3电子结构的第一性原理研究

吴转花,王英龙,褚立志,刘保亭,傅广生

(河北大学物理与科学技术学院,保定071002)

摘 要:采用广义梯度近似下的密度泛函理论计算了铁电相BiFeO3以及顺电相BiFeO3的轨道占据数、电子云重叠布居数、净电荷分布和态密度.结果表明,BiFeO3晶体出现铁电性的主要原因是:Fe原子的3d轨道和O原子的2p轨道杂化.而且由于两相晶体结构上的差异,铁电相BiFeO3原子间的共价性和离子性相对顺电相BiFeO3增强了,态密度图在价带区基本相同,但是在导带区具有一定的差异性.关键词:铁电性;态密度;第一性原理;BiFeO3中图分类号:O469   文献标识码:A

First2structureofBiFeO3

WUZhuan2Hua,WANGYing2Long,CHULi2Zhi,LIUBao2Ting,FUGuang2Sheng

(CollegeofPhysicsScienceandTechnology,HebeiUniversity,Baoding071002,China)

Abstract:Byusingdensity2functionaltheoryingeneralizedgradientapproximation(GGA),theorbitpopula2tions,overlappopulations,valencecharges,densityofstatesinferroelectricandparaelectricBiFeO3werecal2culated.ItwasdemonstratedthattheferroelectricstabilityofBiFeO3couldbeattributedtotheorbitalhy2bridizationof2dorbitofFeatomand2porbitofoxygenatom.Moreover,asaresultofdifferentcrystalstructuresbetweentwophases,ionandcovalencyareenhancedinferroelectricBiFeO3comparedtoparaelec2tricBiFeO3.Densityofstatesintwophaseswerebasicallythesameinvalencebanddistrict,buttheyweredifferentintheconductionbanddistrict.

Keywords:ferroelectricity,densityofstate,first2principle,BiFeO3

1 引 言

近年来,由于多铁材料在许多可控性器件上的潜在应用

[1-7]

铁磁性[10].正是由于这种铁电耦合性,使其具有很高的应用价值.要更好地利用这种材料,就必须了解其各种性质.研究BiFeO3晶体的电子结构,可以更深入地了解晶体结构的变化与原子态密度的变化关系.对以后的研究工作有很重要的参考和指导作用.虽然已经有文献报道,BiFeO3晶体在室温下具有自发极化,其主要原因是:室温下的晶体结构为扭曲了的斜方六面体,是“赝立方”

结构沿(111)c方向形变的结果[11].但是对结构的

,越来越多的人对此类新材料感

[8,9]

兴趣.多铁材料有时也被称为铁磁电材料,同时具有铁电性、铁电磁性和铁弹性

.这种所谓的磁

电材料在自然界是比较少见的,BiFeO3就是其中一种.钙钛矿型BiFeO3在居里温度(Tc=1103K)和尼尔温度(TN=643K)之间同时具有铁电性和

收稿日期:2007211227

基金项目:973计划项目(2007LS700810);国家自然科学基金(50572021);河北省自然科学基金(E2005000130);国家人事部留学人员

择优资助(G05206);教育部留学回国人员科研启动基金(20052546);河北大学科研基金资助的课题

作者简介:吴转花(1982-),女,硕士,从事功能材料性能研究,E2mail:wzh2558@http://doc.wendoc.com通讯作者:王英龙.E2mail:hdwangyl@http://doc.wendoc.com

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