雙鈣鈦礦型多鐵性材料Bi2NiMnO6結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的第一性原理計(jì)算.pdf_第1頁(yè)
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1、隨著當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)器件的集成化、微型化提出了更高的要求,這就需要探求具有多種功能的新型器件、新型材料。而單相多鐵性材料同時(shí)具備鐵電性(反鐵電性)和鐵磁性(反鐵磁性)等特點(diǎn),通過(guò)電性和磁性相互作用會(huì)產(chǎn)生更多的新的特性。因此,在高科技時(shí)代的背景下,這種多鐵性材料具有廣泛的應(yīng)用前景。目前多鐵性材料的理論研究集中在對(duì)結(jié)構(gòu)和性能內(nèi)在關(guān)系的探究,實(shí)際應(yīng)用則側(cè)重尋找綜合性良好的多鐵性材料。因此本論文針對(duì)雙鈣鈦礦型多鐵性材料 Bi2NiM

2、nO6在理論和應(yīng)用方面進(jìn)行了一些有益的探索和嘗試,具體研究?jī)?nèi)容如下:
  一、對(duì)在0GPa、30 GPa下單斜相的Bi2NiMnO6的鐵磁態(tài)和亞鐵磁態(tài)分別進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究。研究表明,基態(tài)下的Bi2NiMnO6優(yōu)先以鐵磁態(tài)的方式存在,與外界壓力無(wú)關(guān);加壓可以使Bi2NiMnO6的磁性增強(qiáng),但是穩(wěn)定性卻降低。
  二、對(duì)多鐵性材料Bi2NiMnO6進(jìn)行了B位Co摻雜研究。Bi2Ni(1-x)CoxMnO6(x=0.0625

3、;0.125;0.25;0.5)即摻雜率分別為6.25%、12.5%、25%和50%,并對(duì)摻雜體系的晶體結(jié)構(gòu),電子結(jié)夠,能帶結(jié)構(gòu)以及磁學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究發(fā)現(xiàn),Bi2Ni(1-x)CoxMnO6是具有半金屬性的直接帶隙半導(dǎo)體,優(yōu)先以鐵磁態(tài)的方式存在,摻雜體系穩(wěn)定性較強(qiáng),并且在x=0.25時(shí)綜合性能最好;材料中存在三種交換路徑:-Ni2+-O-Mn4+-O-Ni2+-,-Co2+-O-Mn4+-O-Ni2+-以及-Co2+-O-Mn

4、4+-O-Co2+-,這是體系出現(xiàn)鐵磁性的根源。Co的加入使Mn上的電子更易躍遷走,從而使得Mn的凈電子數(shù)減小,導(dǎo)致Mn的磁矩降低。而產(chǎn)生的-Co2+-O-Mn4+-O-Co2+-鐵磁超交換作用,一方面彌補(bǔ)了Mn磁矩的減小,一方面使晶體整體磁矩增大,因此隨Co摻雜濃度的提高,體系磁性增加。Bi2Ni(1-x)CoxMnO6的電學(xué)特性與磁學(xué)特性的緊密關(guān)聯(lián),使該體系在磁、電器件和自旋電子學(xué)領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
  三、Bi2N

5、iMnO6中的B位原子完全被Co代替后得到Bi2CoMnO6。對(duì)優(yōu)化后的鐵磁態(tài)Bi2CoMnO6體系的能帶結(jié)構(gòu)以及電子性能、磁學(xué)性能進(jìn)行了分析,并將結(jié)果同Bi2NiMnO6和Bi2Ni(1-x)CoxMnO6體系進(jìn)行了對(duì)比。經(jīng)過(guò)探究可以得出,BCMO材料是一種呈現(xiàn)半金屬性的間接帶隙半導(dǎo)體,其晶格畸變較嚴(yán)重,穩(wěn)定性、鐵磁性均弱于Bi2NiMnO6和Bi2Ni(1-x)CoxMnO6體系。這是因?yàn)?,BCMO中發(fā)生鐵磁超交換作用后的 Co2+

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