论文摘要
本论文采用第一性原理计算了钙钛矿型铁电体和具有铁电性能的掺杂氧化锌的电子结构。采用第一性原理计算了Pb（Zr0.4Ti0.6）03五层超晶胞的顺电相和铁电相的电子结构,由态密度、电子密度和能带结构的计算结果发现顺电相下的钛氧八面体Ti-06和锆氧八面体Zr-O6在铁电相中分裂为由1个01离子和4个02离子组成的金字塔结构Ti-05和Zr-05；与顺电相相比,铁电相中钛离子的3d电子和氧离子的2p电子存在更强的轨道杂化,这种杂化降低了离子间的短程排斥力,使得具有铁电性的四方结构更为稳定；由电子密度的分布可推断立方结构的Pb-O键呈现离子键特征,而铁电相下Pb-O键则有较大的共价成分,铅离子与氧离子的这种轨道杂化对Pb（Zro.4Tio.6）03的铁电性起着重要作用。对比计算了不同Zr/Ti比例的Pb（ZrxTi1-x）03中Zr离子和Ti离子对铁电畸变的贡献,发现钛离子与氧离子的相互作用对于铁电相Pb（ZrxTil.x）03沿c轴自发极化的贡献大于锆离子与氧离子的相互作用。采用第一性原理计算了PbTiO3和Bi4Ti3O12两种铁电体在从顺电相到铁电相的相变过程中的氢阻碍机制。对于不掺氢的铁电相PbTiO3,Ti离子沿c轴偏离平衡位置有两个能量最低点；对于掺氢的铁电相PbTiO3,这两个能量最低点不复存在,而在平衡位置处能量最低,而且高于顺电相的能量最低点。这样,在立方结构的PbTiO3从高于居里温度的高温冷却到室温的过程中,Ti离子很难沿c轴发生位移从而产生铁电畸变。应用这一规律同样可以解释高于居里温度的铁电体Bi4Ti3O12在Fonning gas退火后铁电性能下降的现象。针对具有铁电性能的Li掺杂ZnO和V掺杂ZnO,计算其电子结构,研究其铁电性的产生机制。发现两种掺杂ZnO的铁电性均是由于掺杂离子偏离平衡位置引起的,并且计算了Li掺杂ZnO的极化强度。