AB2X4型尖晶石材料的第一性原理计算

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中文摘要：尖晶石型化合物AB2X4(A一般为二价阳离子，B一般为三价阳离子，X一般为氧、硫、硒、碲等阴离子)由于在力学、电学、磁学、光学等方面的优良性质已经吸引了人们的广泛关注。通过高温固相法、溶胶凝胶法等方法合成并表征所有的AB2X4尖晶石将会消耗大量的人力和物力，导致新材料研发的效率极端低下。另一方面，第一性原理计算在量子力学、凝聚态物理方面已经取得成功运用。鉴于此，本论文拟采用第一性原理方法，系统性计算AB2X4型尖晶石的结构，弹性和电子性质，以期建立并丰富AB2X4型尖晶石数据库。首先，我们阐述了AB2X4型尖晶石的结构及其研究意义。在分析了其研究意义后，我们从实验和理论两个方面介绍了AB2X4型尖晶石当前的研究现状。接着，我们介绍了第一性原理方法以及相关计算软件，并阐述了赝势的基本概念。主要研究内容如下：第一部分我们研究了30种AB2X4(A=Be,Mg,Ca,Sr,Ba;B=Al,Ga,In;X=O,S)型尖晶石的结构、弹性和电子性质。通过对这30种AB2X4化合物的高通量计算，我们获得了其晶格常数、弹性常数以及禁带宽度等物理参量。同时，我们也考虑了AB2X4化合物组成元素的离子半径和电负性，探究了上述物理参量随离子半径和电负性之间的依赖关系，并给出了相应的拟合公式。第二部分我们计算了GeCa2O4尖晶石四种晶系的物理化学性质。我们对GeCa2O4尖晶石的正交晶系、四方晶系、三方晶系和六方晶系进行了第一性原理计算，分别获得了其晶格常数、体弹性模量和禁带宽度等物理参量。之后，我们利用GIBBS软件对其进行了加压和升温研究，发现了正交晶系和四方晶系之间的相变压强点。第三部分我们对过渡金属离子中电子云扩散效应进行了初步的了解和研究。采用β1=[(B/B0)2+(C/C0)2]1/2作为电子云扩散参数很好地描述了d3组态和d8组态的2E-4A2跃迁和1E-3A2跃迁。

作者：

王阳

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关键词：

AB2X4型尖晶石第一性原理物性计算相变研究电子云扩散效应

授予学位：

硕士

学科专业：

物理学

导师：

马崇庚

学位年度：

2019

学位授予单位：

重庆邮电大学

语种：

中文

中图分类号：