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立方相Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构和结构不稳定性的第一性原理比较研究

周树兰 赵显 江向平 韩晓东

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立方相Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构和结构不稳定性的第一性原理比较研究

周树兰, 赵显, 江向平, 韩晓东

Electronic structures and phase instabilities of cubic Na1/2Bi1/2TiO3 and K1/2Bi1/2TiO3: a first-principles comparative study

Zhou Shu-Lan, Zhao Xian, Jiang Xiang-Ping, Han Xiao-Dong
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法比较研究了Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构、离子位移势能面和Γ声子等性质. 结果表明,Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构很相似,价带由O 2p 电子态主导并包含部分 Ti 3d 和 Bi 6p电子态,导带低能部分由Ti 3d空轨道构成; K取代Na后其Ti–O和Bi–O键的键强略有增加. 两者的离子位移势能面也很接近,O离子的偏心位移对结构不稳定性起主导作用,且K取代Na后其作用增强. Γ声子都存在3个软模,分析表明软模主要来自O6基团的振动,K取代Na后A2u软模发生硬化.
    The electronic structures, potential energy surfaces for the displacement of ions along the tetragonal [001] and Γ phonon properties of Na1/2Bi1/2TiO3 and K1/2Bi1/2TiO3 are investigated by employing the first-principles method based on density functional theory. The results indicate that the electronic structures of Na1/2Bi1/2TiO3 and K1/2Bi1/2TiO3 are very similar. The valence band is dominated by O 2p states with an admixture of Ti 3d and Bi 6p states. The lower energy region of the conduction band is mainly composed of Ti 3d orbitals. The bond strengths of Ti–O and Bi–O increase when Na is substituted by K. Moreover, minor differences are observed from the potential energy surface for the displacement of ions along the tetragonal [001], which indicates that the phase instabilities of the two compounds mainly come from the displacement of O ions, which plays a more important role when Na is substituted by K. There are three soft modes for Na1/2Bi1/2TiO3 and K1/2Bi1/2TiO3, which mainly originate from the vibration of O6 group. The A2u soft mode becomes harder when Na is substituted by K.
    • 基金项目: 江西省自然科学基金(批准号:20122BAB216007)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Jiangxi Province, China (Grant No. 20122BAB216007).
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-17
  • 修回日期:  2014-04-25
  • 刊出日期:  2014-08-05

立方相Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构和结构不稳定性的第一性原理比较研究

  • 1. 景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院, 景德镇 333403;
  • 2. 山东大学晶体材料研究所, 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
    基金项目: 江西省自然科学基金(批准号:20122BAB216007)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法比较研究了Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构、离子位移势能面和Γ声子等性质. 结果表明,Na1/2Bi1/2TiO3和K1/2Bi1/2TiO3的电子结构很相似,价带由O 2p 电子态主导并包含部分 Ti 3d 和 Bi 6p电子态,导带低能部分由Ti 3d空轨道构成; K取代Na后其Ti–O和Bi–O键的键强略有增加. 两者的离子位移势能面也很接近,O离子的偏心位移对结构不稳定性起主导作用,且K取代Na后其作用增强. Γ声子都存在3个软模,分析表明软模主要来自O6基团的振动,K取代Na后A2u软模发生硬化.

English Abstract

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