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IVB族过渡金属氮化物弹性与光学性质研究

王瑨 李春梅 敖靖 李凤 陈志谦

IVB族过渡金属氮化物弹性与光学性质研究

王瑨, 李春梅, 敖靖, 李凤, 陈志谦
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  • 基于密度泛函理论平面波方法研究了IVB族过渡金属氮化物TiN, ZrN, HfN的电子结构、 弹性性质和光学性质. 研究表明, IVB族过渡金属氮化物晶格的电子结构分别体现了共价性、 离子性和金属性, 且基态下体系呈金属性. 各晶格在坐标基矢方向上的杨氏模量的数值与体对角线方向上的差距明显, 体现出典型的弹性性质各向异性, 这导致了实验研究在制备其薄膜时不可避免地产生晶格畸变与微裂纹. 伴随着态密度中赝隙的红移, TiN, ZrN, HfN的金属性依次增强, 使得材料在力学性能方面脆性减弱, 单晶的各向异性程度提升, 以及光学性质方面电子跃迁机理由带内跃迁到带间跃迁转变所需入射光子能量的蓝移和光谱选择性能的下降. 因此, 通过降低IVB族过渡金属氮化物中自由电子的组分以加强材料的共价性, 有利于提高材料弹性性质的各向同性, 改善材料的光谱选择性能.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51171156)和重庆市攻关项目(批准号:cstc2011jjys0004)资助的课题.
    [1]

    Zhang M, He J 2001 Surf. Coat. Technol. 142 125

    [2]

    Nimmagada P, Bunshah R F 1979 Thin Solid Films 63 327

    [3]

    Sproul W D 1984 Thin Solid Films 118 279

    [4]

    Jehn H, Kopacz U, Hofmann S 1985 J. Vac. Sci. Technol. A 3 2406

    [5]

    Chen X J, Struzhkin V V, Wu Z, Somayazulu M, Qian J, Kung S, Christensen A N, Zhao Y, Cohen R E, Mao H, Hemley R J 2005 Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 3198

    [6]

    Valkonen E, Ribbing C G, Sundgren J E 1986 Appl. Opt. 25 3624

    [7]

    Karlsson B, Shimshock R P, Seraphin B O, Haygarth J C 1982 Phys. Scr. 25 775

    [8]

    Stromme M, Karmhag R, Ribbing C G 1995 Opt. Mater. 4 629

    [9]

    Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. 136 864

    [10]

    Segall M D, Lindan P L D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.:Condens. Matter 14 2717

    [11]

    Ceperley D M, Alder B J 1980 J. Phys. Rev. Lett. 45 566

    [12]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [13]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [14]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [15]

    Broyden C G 1970 J. Inst. Math. Appl. 6 222

    [16]

    Fletcher R 1970 Comput. J. 13 317

    [17]

    Goldfarb D 1970 Math. Comput. 24 23

    [18]

    Shanno D F 1970 Math. Comput. 24 647

    [19]

    Voigt W 1928 Lehrbuch der Kristallphysik (Leipzig:B.G. Teubner) p574

    [20]

    Reuss A, Angew Z 1929 Math. Mech. 9 49

    [21]

    Hill R 1952 Proc. Phys. Soc. A (London) 65 349

    [22]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Shen Y B, Chen Q Y, Ding Y C, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5359 (in Chinese) [段满益, 徐明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军2007物理学报 56 5359]

    [23]

    Wu Z J, Zhao E J, Xiang H P, Hao X F, Liu X J, Meng J 2007 Phys. Rev. B 76 054115

    [24]

    Pugh S F 1954 Philos. Mag. 45 823

    [25]

    Hasegawa M, Yagi T 2005 J. Alloys Compd. 403 131

    [26]

    Kim J O, Achenbach J D, Mirkarimi P B, Shinn M, Barnett S A 1992 J. Appl. Phys. 72 1805

    [27]

    Yao H, Ouyang L, Ching W Y 2007 J. Am. Ceram. Soc. 90 3194

    [28]

    Christensen A N 1975 Acta Chem. Scand. A 29 563

    [29]

    Sarioglu C 2006 Surf. Coat. Technol. 201 707

    [30]

    Zainulin Y G, Alyamovskii S I, Shveikin G P, Gel'd P V 1971 Teplofiz. Vys. Temp. 9 496

    [31]

    Zener C 1948 Elasticity and Anelasticity of Metals (Chicago:University of Chicago Press) p76

    [32]

    Nye J F 1964 Physical Properties of Crystals (Oxford:Clarendon Press) p145

    [33]

    Gao F M 2006 Phys. Rev. B 73 132104

    [34]

    Chou W J, Yu G P, Huang J H 2002 Surf. Coat. Technol. 149 7

    [35]

    Chen C S, Liu C P, Tsao C Y A, Yang H G 2004 Scripta Mater. 51 715

    [36]

    Su Y C, Xiao L H, Fu Y C, Zhang P F, Peng P 2011 Sci. Sin. Phys. Mech. Astron. 41 58 (in Chinese) [苏玉长, 肖立华, 付云昌, 张鹏飞, 彭平 2011 中国科学:物理学 力学 天文学 41 58]

  • [1]

    Zhang M, He J 2001 Surf. Coat. Technol. 142 125

    [2]

    Nimmagada P, Bunshah R F 1979 Thin Solid Films 63 327

    [3]

    Sproul W D 1984 Thin Solid Films 118 279

    [4]

    Jehn H, Kopacz U, Hofmann S 1985 J. Vac. Sci. Technol. A 3 2406

    [5]

    Chen X J, Struzhkin V V, Wu Z, Somayazulu M, Qian J, Kung S, Christensen A N, Zhao Y, Cohen R E, Mao H, Hemley R J 2005 Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 3198

    [6]

    Valkonen E, Ribbing C G, Sundgren J E 1986 Appl. Opt. 25 3624

    [7]

    Karlsson B, Shimshock R P, Seraphin B O, Haygarth J C 1982 Phys. Scr. 25 775

    [8]

    Stromme M, Karmhag R, Ribbing C G 1995 Opt. Mater. 4 629

    [9]

    Hohenberg P, Kohn W 1964 Phys. Rev. 136 864

    [10]

    Segall M D, Lindan P L D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.:Condens. Matter 14 2717

    [11]

    Ceperley D M, Alder B J 1980 J. Phys. Rev. Lett. 45 566

    [12]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [13]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [14]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [15]

    Broyden C G 1970 J. Inst. Math. Appl. 6 222

    [16]

    Fletcher R 1970 Comput. J. 13 317

    [17]

    Goldfarb D 1970 Math. Comput. 24 23

    [18]

    Shanno D F 1970 Math. Comput. 24 647

    [19]

    Voigt W 1928 Lehrbuch der Kristallphysik (Leipzig:B.G. Teubner) p574

    [20]

    Reuss A, Angew Z 1929 Math. Mech. 9 49

    [21]

    Hill R 1952 Proc. Phys. Soc. A (London) 65 349

    [22]

    Duan M Y, Xu M, Zhou H P, Shen Y B, Chen Q Y, Ding Y C, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5359 (in Chinese) [段满益, 徐明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军2007物理学报 56 5359]

    [23]

    Wu Z J, Zhao E J, Xiang H P, Hao X F, Liu X J, Meng J 2007 Phys. Rev. B 76 054115

    [24]

    Pugh S F 1954 Philos. Mag. 45 823

    [25]

    Hasegawa M, Yagi T 2005 J. Alloys Compd. 403 131

    [26]

    Kim J O, Achenbach J D, Mirkarimi P B, Shinn M, Barnett S A 1992 J. Appl. Phys. 72 1805

    [27]

    Yao H, Ouyang L, Ching W Y 2007 J. Am. Ceram. Soc. 90 3194

    [28]

    Christensen A N 1975 Acta Chem. Scand. A 29 563

    [29]

    Sarioglu C 2006 Surf. Coat. Technol. 201 707

    [30]

    Zainulin Y G, Alyamovskii S I, Shveikin G P, Gel'd P V 1971 Teplofiz. Vys. Temp. 9 496

    [31]

    Zener C 1948 Elasticity and Anelasticity of Metals (Chicago:University of Chicago Press) p76

    [32]

    Nye J F 1964 Physical Properties of Crystals (Oxford:Clarendon Press) p145

    [33]

    Gao F M 2006 Phys. Rev. B 73 132104

    [34]

    Chou W J, Yu G P, Huang J H 2002 Surf. Coat. Technol. 149 7

    [35]

    Chen C S, Liu C P, Tsao C Y A, Yang H G 2004 Scripta Mater. 51 715

    [36]

    Su Y C, Xiao L H, Fu Y C, Zhang P F, Peng P 2011 Sci. Sin. Phys. Mech. Astron. 41 58 (in Chinese) [苏玉长, 肖立华, 付云昌, 张鹏飞, 彭平 2011 中国科学:物理学 力学 天文学 41 58]

  • [1] 杨利君, 陈海川. LiGaX2(X=S, Se, Te)的电子结构,光学和弹性性质的第一性原理计算. 物理学报, 2011, 60(1): 014207. doi: 10.7498/aps.60.014207
    [2] 付现凯, 陈万骐, 姜钟生, 杨波, 赵骧, 左良. Ti3O5弹性、电子和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(20): 207301. doi: 10.7498/aps.68.20190664
    [3] 周平, 王新强, 周木, 夏川茴, 史玲娜, 胡成华. 第一性原理研究硫化镉高压相变及其电子结构与弹性性质. 物理学报, 2013, 62(8): 087104. doi: 10.7498/aps.62.087104
    [4] 范开敏, 杨莉, 孙庆强, 代云雅, 彭述明, 龙兴贵, 周晓松, 祖小涛. 六角相ErAx (A=H, He)体系弹性性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(11): 116201. doi: 10.7498/aps.62.116201
    [5] 刘博, 王煊军, 卜晓宇. 高压下NH4ClO4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(12): 126102. doi: 10.7498/aps.65.126102
    [6] 胡洁琼, 谢明, 陈家林, 刘满门, 陈永泰, 王松, 王塞北, 李爱坤. Ti3AC2相(A = Si,Sn,Al,Ge)电子结构、弹性性质的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(5): 057102. doi: 10.7498/aps.66.057102
    [7] 吕常伟, 王臣菊, 顾建兵. 高温高压下立方氮化硼和六方氮化硼的结构、力学、热力学、电学以及光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(7): 077102. doi: 10.7498/aps.68.20182030
    [8] 赵立凯, 赵二俊, 武志坚. 5d过渡金属二硼化物的结构和热、力学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(4): 046201. doi: 10.7498/aps.62.046201
    [9] 彭卫民, 申筱濛, 姬广富, 赵峰, 李晓凤. 高压下固态Kr弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2009, 58(4): 2660-2666. doi: 10.7498/aps.58.2660
    [10] 林竹, 郭志友, 毕艳军, 董玉成. Cu掺杂的AlN铁磁性和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1917-1923. doi: 10.7498/aps.58.1917
    [11] 关丽, 李强, 赵庆勋, 郭建新, 周阳, 金利涛, 耿波, 刘保亭. Al和Ni共掺ZnO光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5624-5631. doi: 10.7498/aps.58.5624
    [12] 宋庆功, 刘立伟, 赵辉, 严慧羽, 杜全国. YFeO3的电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(10): 107102. doi: 10.7498/aps.61.107102
    [13] 程和平, 但加坤, 黄智蒙, 彭辉, 陈光华. 黑索金电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 163102. doi: 10.7498/aps.62.163102
    [14] 骆最芬, 岑伟富, 范梦慧, 汤家俊, 赵宇军. BiTiO3电子结构及光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(14): 147102. doi: 10.7498/aps.64.147102
    [15] 段满益, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军, 徐 明. 过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5359-5365. doi: 10.7498/aps.56.5359
    [16] 毕艳军, 郭志友, 孙慧卿, 林 竹, 董玉成. Co和Mn共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7800-7805. doi: 10.7498/aps.57.7800
    [17] 杨春燕, 张蓉, 张利民, 可祥伟. 0.5NdAlO3-0.5CaTiO3电子结构及光学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2012, 61(7): 077702. doi: 10.7498/aps.61.077702
    [18] 程旭东, 吴海信, 唐小路, 王振友, 肖瑞春, 黄昌保, 倪友保. Na2Ge2Se5电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(18): 184208. doi: 10.7498/aps.63.184208
    [19] 谢知, 程文旦. TiO2纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(24): 243102. doi: 10.7498/aps.63.243102
    [20] 王闯, 赵永红, 刘永. Ga1–xCrxSb (x = 0.25, 0.50, 0.75) 磁学和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(17): 176301. doi: 10.7498/aps.68.20182305
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-11-14
  • 修回日期:  2012-12-10
  • 刊出日期:  2013-04-05

IVB族过渡金属氮化物弹性与光学性质研究

  • 1. 西南大学材料科学与工程学院, 重庆 400715
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51171156)和重庆市攻关项目(批准号:cstc2011jjys0004)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论平面波方法研究了IVB族过渡金属氮化物TiN, ZrN, HfN的电子结构、 弹性性质和光学性质. 研究表明, IVB族过渡金属氮化物晶格的电子结构分别体现了共价性、 离子性和金属性, 且基态下体系呈金属性. 各晶格在坐标基矢方向上的杨氏模量的数值与体对角线方向上的差距明显, 体现出典型的弹性性质各向异性, 这导致了实验研究在制备其薄膜时不可避免地产生晶格畸变与微裂纹. 伴随着态密度中赝隙的红移, TiN, ZrN, HfN的金属性依次增强, 使得材料在力学性能方面脆性减弱, 单晶的各向异性程度提升, 以及光学性质方面电子跃迁机理由带内跃迁到带间跃迁转变所需入射光子能量的蓝移和光谱选择性能的下降. 因此, 通过降低IVB族过渡金属氮化物中自由电子的组分以加强材料的共价性, 有利于提高材料弹性性质的各向同性, 改善材料的光谱选择性能.

English Abstract

参考文献 (36)

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