铌酸锂晶体缺陷结构的理论计算研究

摘要

铌酸锂晶体具有优异的电光、声光、铁电、光折变效应等性能，有着广泛的应用前景。在自然条件下，用Czochralski方法生长出的铌酸锂晶体处于缺锂的状态，晶体中含有大量的本征缺陷，同时铌酸锂晶体对众多杂质都有很好的固溶性，这些存在于铌酸锂晶体内的本征缺陷和非本征缺陷，对晶体的光电性能往往起着决定性的影响。实验条件所限，目前人们对这些缺陷结构的认知大多停留在推测的阶段。本文试图从第一性原理出发，从理论上给出这些缺陷结构的基本信息。论文的主要内容如下：
　　第一章绪论，从理论计算和实验研究两方面介绍了研究背景：包括铌酸锂晶体的基本晶格结构，晶体的本征缺陷和非本征缺陷，以及计算所涉及的相关理论介绍和VASP软件。
　　第二章介绍了近化学计量比铌酸锂晶体模型的建立和铌酸锂晶体的本征缺陷结构计算，包括铌酸锂晶体理论计算流程，模型的建立和计算中参数的选择，以及计算中赝势、截断能以及k点的选择等，同时还介绍了铌酸锂晶体模型的结构优化和电子结构的计算方法。我们给出锂空位模型的稳定缺陷结构，合理解释了畴反转过程中缺陷离子的迁移过程。
　　第三章开展了铌酸锂晶体中非本征缺陷的理论计算，得到了掺镁、掺铟、掺锆、掺铁以及掺铜铌酸锂晶体的能态密度图，发现掺铁和掺铜晶体能够在禁带中形成新的缺陷能级，而掺镁，掺铟和掺锆晶体不能。不过，相比于掺镁、掺铟，掺锆明显改变了晶体费米能级附近的电子结构。
　　第四章总结了全文的研究工作，并对后续的工作进行了展望。

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第一章 绪 论

第一节 课题背景和意义

1.1.1 铌酸锂晶体本征缺陷的理论计算

1.1.2 铌酸锂晶体非本征缺陷的理论计算

第二节 铌酸锂晶体的晶格结构

1.2.1 铌酸锂晶体的本征缺陷

1.2.2 铌酸锂晶体的非本征缺陷

第三节 计算理论和VASP

1.3.1 第一性原理

1.3.2 密度泛函理论

1.3.3 VASP软件简介

第二章 近化学计量比铌酸锂晶体模型的计算

第一节 名义纯铌酸锂晶体的缺陷结构

2.1.1 计算参数的选择

2.1.2 铌酸锂晶体模型的建立与计算

第二节 铌酸锂晶体的本征缺陷结构

2.2.1 计算参数的设定

2.2.2 铌酸锂晶体本征缺陷的结构稳定性判定

2.2.3 铌酸锂本征缺陷锂空位模型缺陷结构探究

2.2.4 畴反转过程中锂空位模型缺陷原子的迁移

第三章 铌酸锂晶体的非本征缺陷结构

第一节 掺镁铌酸锂晶体的理论计算研究

3.1.1掺镁铌酸锂晶体模型的建立

3.1.2 掺镁铌酸锂晶体和含本征缺陷的铌酸锂晶体的稳定性比较

第二节 掺铟铌酸锂晶体的理论计算研究

3.2.1 掺铟铌酸锂晶体模型的建立

3.2.2 掺铟铌酸锂晶体电子结构的计算

第三节 掺锆铌酸锂晶体的理论计算研究

第四节 掺铁铌酸锂晶体的理论计算研究

3.4.1 掺铁铌酸锂晶体的模型

3.4.2 掺铁铌酸锂晶体的电子结构

第五节 掺铜铌酸锂晶体的理论计算

第四章 总结与展望

参考文献

致谢

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