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BaTiO3SrTiO3(1：1)超晶格的晶格动力学、介电和压电性能的第一性原理研究
物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 12 (2014) 126301 BaTiO /SrTiO 超晶格的晶格动力学、 介电和压电性能的第一性原理研究 王江舵 代建清 宋玉敏 张虎 牛之慧 (昆明理工大学材料科学与工程学院, 昆明 650093) ( 2013 年11 月7 日收到; 2014 年2 月26 日收到修改稿) 对于BaTiO /SrTiO (BTO/STO) 沿[001]方向有序的 超晶格, 从最高对称性的 结构出 发, 用第一性原理计算了布里渊区中心声子, 通过冻结不稳定声子得到 和 结构, 进一步冻结不 稳定声子得到其基态单斜 结构. 计算了三种畸变结构的自发极化及 结构的电子和声子对介电和压 电的贡献. 分析表明: 和 主要来自于频率为197, 146 和97 cm− 的′′ 声子的贡献; 和 主要来 − ′ − ′ 自于频率为189 和139 cm 的 声子的贡献; 和 主要来自于频率为246 cm 的 声子的贡献. 根 据离子对介电和压电张量各分量的贡献可知, Ti 和O 离子对介电和压电有比较大的贡献. 关键词: BaTiO /SrTiO , 第一性原理, 介电, 压电 PACS: 63.20.dk, 77.65.–j DOI: 10.7498/aps.63.126301 SrTiO (100) 单晶基板上生长BTO/STO 超晶格, 1 引 言 并研究了其极化性能. 理论上Neaton 和Rabe13 用第一性原理研究了一系列以SrTiO 为基板的 钙钛矿铁电氧化物材料, 由于其特殊的物理性 BTO/STO 短周期超晶格的基态结构和自发极化. 能和在各领域的重要应用, 如电、光、微波设备和无 14 Johnston 等 用第一性原理计算研究了平面应变 线电通信等而成为一个重要的研究领域1−8 . 随着 BTO/STO 超晶格的对称性降低及极化. 朱振业 薄膜生长技术的发展, 已经可以成功制造氧化物超 等15 研究了应力作用下BTO/STO 超晶格的结 晶格. 之前的研究表明, 氧化物超晶格相比于传统 16 构和极化. Zhu 等 研究了BTO/STO 和PTO/ 固态合成的方法制造的材料, 能够提高物理性能或 9 STO 超晶格的铁电性起源和不同的极化行为. 孔 具有新的功能 . 因此, 人们对人造超晶格进行了 17 广泛的理论和实验研究. 祥兰等 研究了沿[001]方向有序的B
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