搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

BixBa1-xTiO3电子及能带结构的第一性原理研究

房玉真 孔祥晋 王东亭 崔守鑫 刘军海

BixBa1-xTiO3电子及能带结构的第一性原理研究

房玉真, 孔祥晋, 王东亭, 崔守鑫, 刘军海
PDF
导出引用
导出核心图
  • 采用基于第一性原理的赝势平面波方法,研究了ABO3钙钛矿复合氧化物BaTiO3中A位离子被Bi原子取代后对其构型、电子及能带结构的影响.计算结果表明,Bi取代Ba之后会降低BaTiO3的对称性,空间点群随着取代量的变化而变化,结合能逐渐降低.通过能带结构的计算发现BixBa1-xTiO3为直接带隙型半导体.Bi的取代可调节BixBa1-xTiO3的禁带宽度,从x=0.125到x=0.625时,Bi的取代量越大,其带隙越宽,吸收光谱蓝移.x0.625时,禁带宽度又逐渐减小,吸收光谱红移.由态密度图可看出,其价带顶主要是O-2p与Bi-6s态杂化而成,导带底主要由Ti-3d态构成.
      通信作者: 刘军海, jhliu@lcu.edu.cn
    • 基金项目: 山东省自然科学基金(批准号:ZR2015PB015)和国家自然科学基金(批准号:21406103)资助的课题.
    [1]

    Serpone N, Emeline A V 2012 J. Phys. Chem. Lett. 3 673

    [2]

    Kazuya N, Akira F 2012 J. Photoch. Photobi. C: Photoch. Rev. 13 169

    [3]

    Zhu X H, Hang Q M, Xing Z M, Yang Y, Zhu J M, Liu Z G, Ming N B, Zhou P, Song Y, Li Z S, Yu T, Zou Z G 2011 J. Am. Ceram. Soc. 94 2688

    [4]

    Hou J G, Jiao S Q, Zhu H M 2011 J. Solid. State. Chem. 184 154

    [5]

    Tayyebeh S, Byeong-Kyu L 2016 J. Hazard. Mater. 316 122

    [6]

    Tong T, Zhang H, Chen J G, Jin D R, Cheng J R 2016 Catal. Commun. 87 23

    [7]

    Pea M A, Fierro J L G 2001 Chem. Rev. 101 1981

    [8]

    Sitko D, Bak W, Garbarz-Glos B, Budziak A, Kajtoch C Kalvane A 2013 Mat. Sci. Eng. 49 012050

    [9]

    Xian T, Di L J, Ma J, Sang C C, Wei X G, Zhou Y J 2017 Chin. J. Mater. Res. 31 102(in Chinese) [县涛, 邸丽景, 马俊, 桑萃萃, 魏学刚, 周永杰 2017 材料研究学报 31 102]

    [10]

    Wang P G, Fan C M, Wang Y W, Ding G Y, Yuan P H 2013 Mater. Res. Bull. 48 869

    [11]

    Devi L G, Krishnamurthy G 2011 J. Phys. Chem. A 115 460

    [12]

    Cui Y F, Briscoe J, Dunn S 2013 J. Chem. Mater. 25 4215

    [13]

    Sarveswaran G, Subramanian B, Mohan S 2014 J. Mater. Chem. C 2 6835

    [14]

    He C, Ma Z J, Sun B Z, Sa R J, Wu K C 2015 J. Alloys Compd. 623 393

    [15]

    Li Z X, Shen Y, Guan Y H, Hu Y H, Lin Y H, Nan C W 2014 J. Mater. Chem. A 2 1967

    [16]

    Klara R, Roberto K, Mnica R, Hans H R, Frank-Dieter K, Anett G 2014 Chem. Eng. J. 239 322

    [17]

    Xu X H, Yao W F, Zhang Y, Zhou A Q, Hou Y, Wang M 2005 Acta Chim. Sin. 63 5(in Chinese) [许效红, 姚伟峰, 张寅, 周爱秋, 侯云, 王民 2005 化学学报 63 5]

    [18]

    Wei W, Dai Y, Huang B B 2009 J. Phys. Chem. C 113 5658

    [19]

    Murugesan S K, Muhammad N H, Yanfa Y, Mowafak M J, Vaidyanathan S 2010 J. Phys. Chem. C 114 10598

    [20]

    Baedi F, Mircholi H 2015 Optik 126 1505

    [21]

    Cao D, Liu B, Yu H L, Hu W Y, Cai M Q 2015 Eur. Phys. J. B 88 75

    [22]

    Liu B, Wu L J, Zhao Y Q, Wang L Z, Cai M Q 2016 J. Magn. Magn. Mater. 420 218

    [23]

    Cao D, Liu B, Yu H L, Hu W Y, Cai M Q 2013 Eur. Phys. J. B 86 504

    [24]

    Zhao Y Q, Liu B, Yu Z L, Ma J M, Wan Q, He P B, Cai M Q 2017 J. Mater. Chem. C 5 5356

    [25]

    Zhao Y Q, Liu B, Yu Z L, Cao D, Cai M Q 2017 Electrochim. Acta 247 891

    [26]

    Zhao Y Q, Wang X, Liu B, Yu Z L, Yu H L 2018 Org. Electron. 53 50

    [27]

    Wu L J, Zhao Y Q, Chen C W, Wang L Z, Liu B, Cai M Q 2016 Chin. Phys. B 25 107202

    [28]

    Milman V, Refson K, Clark S J, Pickard C J, Yates J R, Gao S P, Hasnip P J, Probert M I J, Perlov A, Segall M D 2010 J. Mol. Struct.: Theochem. 954 22

    [29]

    Luo Z F, Cen W F, Fan M H, Tang J J, Zhao Y J 2015 Acta Phys. Sin. 64 147102(in Chinese) [骆最芬, 岑伟富, 范梦慧, 汤家俊, 赵宇军 2015 物理学报 64 147102]

    [30]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [31]

    Zhao L K, Zhao E J, Wu Z J 2013 Acta Phys. Sin. 62 046201(in Chinese) [赵立凯, 赵二俊, 武志坚 2013 物理学报 62 046201]

    [32]

    Ma L, Yin Y P, Ding X B, Dong C Z 2017 Acta Phys. Sin. 66 063101(in Chinese) [马磊, 殷耀鹏, 丁晓彬, 董晨钟 2017 物理学报 66 063101]

    [33]

    Suzuki K, Kijima K 2005 Jpn. J. Appl. Phys. 44 2081

    [34]

    Robertson J, Xiong K, Clark S J 2006 Phys. Status Solidi 243 2054

    [35]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J, Zhu Z Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 6592(in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾, 朱忠其 2007 物理学报 56 6592]

    [36]

    Zhao Y Q, Wu L J, Liu B, Wang L Z, Cai M Q 2016 J. Power Sources 313 96

    [37]

    Ren C, Li X Y, Luo Q W, Liu R P, Yang Z, Xu L C 2017 Acta Phys. Sin. 66 157101(in Chinese) [任超, 李秀燕, 落全伟, 刘瑞萍, 杨致, 徐利春 2017 物理学报 66 157101]

  • [1]

    Serpone N, Emeline A V 2012 J. Phys. Chem. Lett. 3 673

    [2]

    Kazuya N, Akira F 2012 J. Photoch. Photobi. C: Photoch. Rev. 13 169

    [3]

    Zhu X H, Hang Q M, Xing Z M, Yang Y, Zhu J M, Liu Z G, Ming N B, Zhou P, Song Y, Li Z S, Yu T, Zou Z G 2011 J. Am. Ceram. Soc. 94 2688

    [4]

    Hou J G, Jiao S Q, Zhu H M 2011 J. Solid. State. Chem. 184 154

    [5]

    Tayyebeh S, Byeong-Kyu L 2016 J. Hazard. Mater. 316 122

    [6]

    Tong T, Zhang H, Chen J G, Jin D R, Cheng J R 2016 Catal. Commun. 87 23

    [7]

    Pea M A, Fierro J L G 2001 Chem. Rev. 101 1981

    [8]

    Sitko D, Bak W, Garbarz-Glos B, Budziak A, Kajtoch C Kalvane A 2013 Mat. Sci. Eng. 49 012050

    [9]

    Xian T, Di L J, Ma J, Sang C C, Wei X G, Zhou Y J 2017 Chin. J. Mater. Res. 31 102(in Chinese) [县涛, 邸丽景, 马俊, 桑萃萃, 魏学刚, 周永杰 2017 材料研究学报 31 102]

    [10]

    Wang P G, Fan C M, Wang Y W, Ding G Y, Yuan P H 2013 Mater. Res. Bull. 48 869

    [11]

    Devi L G, Krishnamurthy G 2011 J. Phys. Chem. A 115 460

    [12]

    Cui Y F, Briscoe J, Dunn S 2013 J. Chem. Mater. 25 4215

    [13]

    Sarveswaran G, Subramanian B, Mohan S 2014 J. Mater. Chem. C 2 6835

    [14]

    He C, Ma Z J, Sun B Z, Sa R J, Wu K C 2015 J. Alloys Compd. 623 393

    [15]

    Li Z X, Shen Y, Guan Y H, Hu Y H, Lin Y H, Nan C W 2014 J. Mater. Chem. A 2 1967

    [16]

    Klara R, Roberto K, Mnica R, Hans H R, Frank-Dieter K, Anett G 2014 Chem. Eng. J. 239 322

    [17]

    Xu X H, Yao W F, Zhang Y, Zhou A Q, Hou Y, Wang M 2005 Acta Chim. Sin. 63 5(in Chinese) [许效红, 姚伟峰, 张寅, 周爱秋, 侯云, 王民 2005 化学学报 63 5]

    [18]

    Wei W, Dai Y, Huang B B 2009 J. Phys. Chem. C 113 5658

    [19]

    Murugesan S K, Muhammad N H, Yanfa Y, Mowafak M J, Vaidyanathan S 2010 J. Phys. Chem. C 114 10598

    [20]

    Baedi F, Mircholi H 2015 Optik 126 1505

    [21]

    Cao D, Liu B, Yu H L, Hu W Y, Cai M Q 2015 Eur. Phys. J. B 88 75

    [22]

    Liu B, Wu L J, Zhao Y Q, Wang L Z, Cai M Q 2016 J. Magn. Magn. Mater. 420 218

    [23]

    Cao D, Liu B, Yu H L, Hu W Y, Cai M Q 2013 Eur. Phys. J. B 86 504

    [24]

    Zhao Y Q, Liu B, Yu Z L, Ma J M, Wan Q, He P B, Cai M Q 2017 J. Mater. Chem. C 5 5356

    [25]

    Zhao Y Q, Liu B, Yu Z L, Cao D, Cai M Q 2017 Electrochim. Acta 247 891

    [26]

    Zhao Y Q, Wang X, Liu B, Yu Z L, Yu H L 2018 Org. Electron. 53 50

    [27]

    Wu L J, Zhao Y Q, Chen C W, Wang L Z, Liu B, Cai M Q 2016 Chin. Phys. B 25 107202

    [28]

    Milman V, Refson K, Clark S J, Pickard C J, Yates J R, Gao S P, Hasnip P J, Probert M I J, Perlov A, Segall M D 2010 J. Mol. Struct.: Theochem. 954 22

    [29]

    Luo Z F, Cen W F, Fan M H, Tang J J, Zhao Y J 2015 Acta Phys. Sin. 64 147102(in Chinese) [骆最芬, 岑伟富, 范梦慧, 汤家俊, 赵宇军 2015 物理学报 64 147102]

    [30]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [31]

    Zhao L K, Zhao E J, Wu Z J 2013 Acta Phys. Sin. 62 046201(in Chinese) [赵立凯, 赵二俊, 武志坚 2013 物理学报 62 046201]

    [32]

    Ma L, Yin Y P, Ding X B, Dong C Z 2017 Acta Phys. Sin. 66 063101(in Chinese) [马磊, 殷耀鹏, 丁晓彬, 董晨钟 2017 物理学报 66 063101]

    [33]

    Suzuki K, Kijima K 2005 Jpn. J. Appl. Phys. 44 2081

    [34]

    Robertson J, Xiong K, Clark S J 2006 Phys. Status Solidi 243 2054

    [35]

    Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J, Zhu Z Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 6592(in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾, 朱忠其 2007 物理学报 56 6592]

    [36]

    Zhao Y Q, Wu L J, Liu B, Wang L Z, Cai M Q 2016 J. Power Sources 313 96

    [37]

    Ren C, Li X Y, Luo Q W, Liu R P, Yang Z, Xu L C 2017 Acta Phys. Sin. 66 157101(in Chinese) [任超, 李秀燕, 落全伟, 刘瑞萍, 杨致, 徐利春 2017 物理学报 66 157101]

  • [1] 孟振华, 李俊斌, 郭永权, 王义. 稀土元素的价电子结构和熔点、结合能的关联性. 物理学报, 2012, 61(10): 107101. doi: 10.7498/aps.61.107101
    [2] 吴圣钰, 张耘, 柏红梅, 梁金玲. Co,Zn共掺铌酸锂电子结构和吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2018, 67(18): 184209. doi: 10.7498/aps.67.20180735
    [3] 马磊, 殷耀鹏, 丁晓彬, 董晨钟. Np(NO3)nq(n=16,q=-2+3)配合物的结构和性质. 物理学报, 2017, 66(6): 063101. doi: 10.7498/aps.66.063101
    [4] 吕瑾, 许小红, 武海顺. 3d系列 (TM)4 团簇的结构和磁性. 物理学报, 2004, 53(4): 1050-1055. doi: 10.7498/aps.53.1050
    [5] 张建军, 张红. Al吸附在Pt, Ir和Au的(111)面的低覆盖度研究. 物理学报, 2010, 59(6): 4143-4149. doi: 10.7498/aps.59.4143
    [6] 于 威, 李亚超, 丁文革, 张江勇, 杨彦斌, 傅广生. 氮化硅薄膜中纳米非晶硅颗粒的键合结构及光致发光. 物理学报, 2008, 57(6): 3661-3665. doi: 10.7498/aps.57.3661
    [7] 陈石, 高新宇, Andrew Thye Shen Wee, 武煜宇, 徐彭寿. 6H-SiC(0001)-6[KF(]3[KF)]×6[KF(]3[KF)]R30°重构表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究. 物理学报, 2009, 58(6): 4288-4294. doi: 10.7498/aps.58.4288
    [8] 任超, 李秀燕, 落全伟, 刘瑞萍, 杨致, 徐利春. 空位缺陷对-AgVO3电子结构和光吸收性能的影响. 物理学报, 2017, 66(15): 157101. doi: 10.7498/aps.66.157101
    [9] 王文娟, 王海龙, 龚谦, 宋志棠, 汪辉, 封松林. 外电场对InGaAsP/InP量子阱内激子结合能的影响. 物理学报, 2013, 62(23): 237104. doi: 10.7498/aps.62.237104
    [10] 赵林, 刘国东, 周兴江. 铁基高温超导体电子结构的角分辨光电子能谱研究. 物理学报, 2018, 67(20): 207413. doi: 10.7498/aps.67.20181768
    [11] 郭 进, 黎光旭, 黄 丹, 邵元智, 陈弟虎. 纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(2): 1078-1083. doi: 10.7498/aps.57.1078
    [12] 赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维. Fe:Mg:LiNbO3晶体电子结构和吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(12): 124210. doi: 10.7498/aps.64.124210
    [13] 徐本富, 杨传路, 童小菲, 王美山, 马晓光, 王德华. FenO+m(n+m=4)团簇的构型、电子结构特征和磁性. 物理学报, 2010, 59(11): 7845-7849. doi: 10.7498/aps.59.7845
    [14] 赵凤岐, 张敏, 李志强, 姬延明. 纤锌矿In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中光学声子和内建电场对束缚极化子结合能的影响. 物理学报, 2014, 63(17): 177101. doi: 10.7498/aps.63.177101
    [15] 邓永和, 刘京铄. Mg-TM-H (TM=Sc, Ti, V, Y, Zr, Nb)晶体形成能力和电子性能. 物理学报, 2011, 60(11): 117102. doi: 10.7498/aps.60.117102
    [16] 王红艳, 谌晓洪, 朱正和, 李喜波, 唐永建, 王朝阳. AunXm(n+m=4,X=Cu,Al,Y)混合小团簇的结构和稳定性研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3565-3570. doi: 10.7498/aps.54.3565
    [17] 张竹霞, 赵彦亮, 闫新, 韩培德, 许并社, 刘旭光, 郝玉英. 富勒烯衍生物苯基C71-丁酸甲酯的结构和电学性质第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(13): 204-S209. doi: 10.7498/aps.58.204
    [18] 邓韬, 杨海峰, 张敬, 李一苇, 杨乐仙, 柳仲楷, 陈宇林. 拓扑半金属材料角分辨光电子能谱研究进展. 物理学报, 2019, 68(22): 227102. doi: 10.7498/aps.68.20191544
    [19] 张丰收, 肖国青, 张艳萍, 蒙克来. Na5, Na6和Na7团簇光学吸收谱的理论研究. 物理学报, 2007, 56(4): 2092-2097. doi: 10.7498/aps.56.2092
    [20] 王晓雄, 李宏年, 钱海杰, 苏 润, 钟 俊, 洪才浩, 王嘉欧. Sm富勒烯的价带光电子能谱. 物理学报, 2006, 55(8): 4265-4270. doi: 10.7498/aps.55.4265
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  326
  • PDF下载量:  98
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-13
  • 修回日期:  2018-02-17
  • 刊出日期:  2018-06-05

BixBa1-xTiO3电子及能带结构的第一性原理研究

  • 1. 聊城大学化学化工学院, 聊城 252059;
  • 2. 聊城大学物理科学与信息工程学院, 聊城 252059
  • 通信作者: 刘军海, jhliu@lcu.edu.cn
    基金项目: 

    山东省自然科学基金(批准号:ZR2015PB015)和国家自然科学基金(批准号:21406103)资助的课题.

摘要: 采用基于第一性原理的赝势平面波方法,研究了ABO3钙钛矿复合氧化物BaTiO3中A位离子被Bi原子取代后对其构型、电子及能带结构的影响.计算结果表明,Bi取代Ba之后会降低BaTiO3的对称性,空间点群随着取代量的变化而变化,结合能逐渐降低.通过能带结构的计算发现BixBa1-xTiO3为直接带隙型半导体.Bi的取代可调节BixBa1-xTiO3的禁带宽度,从x=0.125到x=0.625时,Bi的取代量越大,其带隙越宽,吸收光谱蓝移.x0.625时,禁带宽度又逐渐减小,吸收光谱红移.由态密度图可看出,其价带顶主要是O-2p与Bi-6s态杂化而成,导带底主要由Ti-3d态构成.

English Abstract

参考文献 (37)

目录

    /

    返回文章
    返回