纤锌矿结构AlN、GaN及ZnO自发极化的第一性原理研究

摘要

根据现代极化理论,分别利用Berryphase方法和最大局域化Wannier函数方法系统计算了纤锌矿结构AlN、GaN及ZnO中的自发极化,并从电子项和离子项引起的极化变化具体分析了自发极化的起源.研究表明AlN自发极化中电子项的贡献占据主导地位,而GaN及ZnO自发极化中以离子项的贡献为主.研究发现其他文献计算自发极化时,由于计算模型和参考模型使用相同的体积,导致计算结果偏小.利用Wannier中心,从结构中最小重复单元的电偶极矩出发对原有计算公式进行了修正,使得自发极化的计算结果更趋合理.研究发现在特定建模条件下,可以不用计算参照模型中的极化,利用Wannier中心确定纤锌矿结构中正负电荷的重心,通过经典的静电学理论直接计算出自发极化,直观解释了自发极化的形成.