基于第一性原理的Co掺杂的BaTiO3室温多铁性研究

摘要

基于密度泛函理论的第一性原理,计算并研究了Co掺杂的BaTi03材料的电子结构及磁特性.研究表明,对于单个Co掺杂的没有氧空位的情况下,Co离子没有净磁矩,总的态密度无带隙存在,因而无法实现多铁性.在考虑Co离子、氧空位(Ov)同时存在的情况下,氧空位位于掺杂的Co离子的最近邻形成Co-Ov集团结构时最稳定.此外,为了研究掺杂对体系的磁相互作用的影响,在体系中引入了各种不同构型下的2对Co-Ov集团.研究表明:2对Co-Ov集团更趋向于沿着自发极化(c轴)方向线性排列;由总的态密度可知,体系的带隙存在,从而可以实现铁电性.通过第一性原理计算的方法,不仅研究了氧空位在Co掺杂的BaTi03材料中实现多铁性所起的重要作用,能很好地解释了实验现象:而且为在常规铁电材料中通过掺杂的方法实现多铁性提供了一条有效途径.