有序取向與A位部分替代KTN固溶體的第一性原理研究.pdf

1、鉭鈮酸鉀(KTN)可應(yīng)用于全息數(shù)據(jù)存儲、電光開關(guān)、波導(dǎo)調(diào)節(jié)器等，在制造電光調(diào)制器件方面有重要應(yīng)用前景。摻鋰KTN(KLTN)在電控光折變、電全息波長選擇開關(guān)和光孤子單模光纖制作領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。KNbO3基晶體(當(dāng)然包括KTN)在無鉛材料中介電壓電性能非常好。2004年，Y. Saito等發(fā)現(xiàn)KNbO3基材料幾乎可以和PZT壓電陶瓷所有性能相媲美，認(rèn)為是最有前途的無鉛材料。因此，KTN系列晶體成為當(dāng)前功能材料領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)固溶體

2、在納米尺度上有序排列，有序取向納米微域?qū)w塊材料物理性質(zhì)有重要影響。
　　第一性原理是研究鐵電壓電材料微觀結(jié)構(gòu)最有效工具。利用密度泛函理論對順電相KTa1/2Nb1/2O3物理性質(zhì)系統(tǒng)研究。討論三種有序取向超晶胞物理性質(zhì)之間異同。雖然晶格參數(shù)一致，但是三種模型中BO6氧八面體和K-O鍵長卻迥然不同。KTN晶體中Ta離子有著明顯反常行為。而且有序取向使KTN晶體能帶帶隙、總能態(tài)密度和各元素投影態(tài)密度發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致光學(xué)特性也隨著B

3、位陽離子取向而不同。
　　通過廣義梯度近似研究有序KTa1/2Nb1/2O3固溶體鐵電相性質(zhì)。得到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、計(jì)算電子和光學(xué)性質(zhì)。鐵電相是由于B位陽離子偏心位移導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定造成的。在取向KTN晶體中，不同化學(xué)取向會產(chǎn)生不同鐵電相。即鐵電相對B位陽離子有序取向很敏感。KTN晶體中存在反鐵電相，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。計(jì)算顯示各鐵電相光學(xué)性質(zhì)并不相同。
　　利用第一性原理對Cu:KNbO3物理性質(zhì)進(jìn)行細(xì)致理論研究。計(jì)算晶格常數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4、匹配。能帶帶隙比以前計(jì)算結(jié)果要好很多。吸收光譜特定峰不僅僅是單一躍遷。Cu3d電子使總能態(tài)密度在費(fèi)米能級處出現(xiàn)一個(gè)高峰?？梢灶A(yù)測，當(dāng)Cu離子濃度足夠大時(shí)，KNbO3晶體將具有金屬性。
　　理論計(jì)算KLTN和KNTN電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性。具體研究為何Li、Na摻雜會使KTN物理性能產(chǎn)生巨大變化而更適合光學(xué)應(yīng)用。分析發(fā)現(xiàn)，Li離子在晶胞內(nèi)有更大活動空間，共價(jià)性很強(qiáng)。然而，Na離子卻是完全離子性。它們的光學(xué)性質(zhì)與KTN晶體光譜有顯著差異。