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Ca0.5Sr0.5TiO3弹性和热学性质的第一性原理研究

邵栋元 惠群 李孝 陈晶晶 李春梅 程南璞

Ca0.5Sr0.5TiO3弹性和热学性质的第一性原理研究

邵栋元, 惠群, 李孝, 陈晶晶, 李春梅, 程南璞
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  • 利用能量最小原理, 确定了Ca0.5Sr0.5TiO3晶体中4c位置的Ca/Sr原子对称分布, 建立了Ca0.5Sr0.5TiO3稳定的晶体结构, 在此基础上利用基于密度泛函理论第一性原理的平面波超软赝势方法, 采用局域密度近似和广义梯度近似函数, 计算了Ca0.5Sr0.5TiO3的晶格参数、弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比, 并基于Christoffel方程的本征值研究了平面声波的特征, 基于Cahill和Cahill-Pohl模型研究了最小热导率的特征. 计算结果表明: Ca0.5Sr0.5TiO3晶格参数和实验值很接近, 体弹模量大于剪切模量, [100], [010], [001]晶向的杨氏模量、泊松比、普适弹性常数(AU)以及杨氏模量三维图均显示了弹性各向异性; 平面声波在(010), (001)平面呈现各向异性, 在(100)平面呈现各向同性, 平面声波大小与平均横波和平均纵波的数值很接近. Cahill模型最小热导率在各平面呈现各向同性, Cahill-Pohl模型最小热导率在高温时趋于恒定. 准谐德拜模型下Ca0.5Sr0.5TiO3 晶体的摩尔热容和热膨胀系数与CaTiO3晶体的接近, 并且高温下具有稳定的热膨胀性能. 计算所得禁带宽度为2.19 eV, 导带底主要是Ti-3d与O-2p态电子贡献; 由电荷布居和电荷密度图理论证实Ca0.5Sr0.5TiO3具有稳定的Ti-O八面体结构.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51171156)和中央高校基本业务费(批准号: XDJK2014C008)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-03-27
  • 修回日期:  2015-06-16
  • 刊出日期:  2015-10-05

Ca0.5Sr0.5TiO3弹性和热学性质的第一性原理研究

  • 1. 西南大学材料与能源学部, 重庆 400715
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51171156)和中央高校基本业务费(批准号: XDJK2014C008)资助的课题.

摘要: 利用能量最小原理, 确定了Ca0.5Sr0.5TiO3晶体中4c位置的Ca/Sr原子对称分布, 建立了Ca0.5Sr0.5TiO3稳定的晶体结构, 在此基础上利用基于密度泛函理论第一性原理的平面波超软赝势方法, 采用局域密度近似和广义梯度近似函数, 计算了Ca0.5Sr0.5TiO3的晶格参数、弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比, 并基于Christoffel方程的本征值研究了平面声波的特征, 基于Cahill和Cahill-Pohl模型研究了最小热导率的特征. 计算结果表明: Ca0.5Sr0.5TiO3晶格参数和实验值很接近, 体弹模量大于剪切模量, [100], [010], [001]晶向的杨氏模量、泊松比、普适弹性常数(AU)以及杨氏模量三维图均显示了弹性各向异性; 平面声波在(010), (001)平面呈现各向异性, 在(100)平面呈现各向同性, 平面声波大小与平均横波和平均纵波的数值很接近. Cahill模型最小热导率在各平面呈现各向同性, Cahill-Pohl模型最小热导率在高温时趋于恒定. 准谐德拜模型下Ca0.5Sr0.5TiO3 晶体的摩尔热容和热膨胀系数与CaTiO3晶体的接近, 并且高温下具有稳定的热膨胀性能. 计算所得禁带宽度为2.19 eV, 导带底主要是Ti-3d与O-2p态电子贡献; 由电荷布居和电荷密度图理论证实Ca0.5Sr0.5TiO3具有稳定的Ti-O八面体结构.

English Abstract

参考文献 (48)

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