双钙钛矿结构稀土镍锰氧化物超晶格的多铁性质

摘要

多铁材料应用前景令人瞩目，已经成为功能材料研究领域的热点。钙钛矿结构氧化物拥有丰富的物理性质特别是潜在的室温多铁特性，这类材料可以用来设计制作四存储态存储器、可调微波器件等多种新型自旋器件，因而有望成为推动信息产业革新的关键力量。当前对钙钛矿结构多铁材料的研究焦点主要集中在寻找铁磁序、高自发极化强度、具有室温以上转变温度的体系。以密度泛函理论为基础的第一性原理具有准确、简便的特点。随着计算速度的不断提升，第一性原理日益成为物理学、化学、生物医药学、材料学等学科领域重要的研究手段。利用第一性原理有助于研究钙钛矿结构材料的多铁特性。
　　本文采用第一性原理计算软件 VASP研究双钙钛矿结构的稀土镍锰氧化物有序超晶格的多铁性质。第一，对Pr2NiMnO6/La2NiMnO6有序超晶格结构的多铁性质进行研究。首先按照 B位的不同排列方式以及不同的磁序分别计算六种超晶格结构，从中找出了满足产生铁电自发极化条件非金属态的[111] FM序。然后详细分析[111] FM序的基态几何结构，给出其八面体旋转角、A位离子位移等结构信息，分析结构畸变对3d电子态的影响。最后利用现代极化方法的Berry Phase算法计算体系的自发极化。第二，研究 Er2NiMnO6/La2NiMnO6有序超晶格结构多铁性质。首先计算体系的结构特征，给出一系列畸变参数。然后结合间接交换作用阐述其结构畸变对体系电子结构特别是磁矩的影响。最后分析结构极化强度的方向以及幅度与A位离子半径的关系。第三，在掌握上述超晶格多铁性质的情况下，尝试调控铁电极化强度。首先，按照 A位离子半径不同分别计算若干连续超晶格结构的极化强度，分析极化强度与离子半径的联系。接着，构建间断超晶格结构，引入库伦相互作用，尝试提高体系的极化强度，分析极化强度增大的原因。最后，分析间断超晶格间断处上下两部分的结构特点，阐述上下两部分畸变程度的不同与B位离子排列方式的关系。从结构设计到理论计算与分析，本文得出了一些有益的结论，这些结论可以为以后多铁材料的研究提供参考。

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第一章 绪 论

1.1 多铁材料

1.2 双钙钛矿结构多铁材料

1.3 本文的主要内容与创新

1.4 本文的结构安排

第二章 理论基础与计算方法

2.1固体能带理论

2.2 密度泛函理论

2.3 VASP软件包

2.4 现代极化理论

第三章 Pr2NiMnO6/La2NiMnO6有序超晶格的多铁性质

3.1 引言

3.2 计算方法与模型

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 Er2NiMnO6/La2NiMnO6有序超晶格的多铁性质

4.1 引言

4.2 计算方法与模型

4.3 结果与讨论

4.4本章小结

第五章 层状超晶格结构铁电性质调控

5.1 引言

5.2 计算方法与模型

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文结论

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果