A(B'1/3B''2/3)O3型复合钙钛矿电子结构与本征介电性能的第一性原理研究

A(B'1/3B''2/3)O3型复合钙钛矿具有优异的介电性能,在微波通讯方面有重要的应用。本课题计划利用密度泛函理论对其全方面的物理性质进行第一性原理计算研究，确定其微观极化机理和本征损耗机制：.1）阐明化学组成、晶体结构、电子结构对微观极化机制（电子位移极化和离子位移极化）的影响规律；.2）确定晶格振动简正模的非谐性及对本征介电损耗的贡献，深入认识本征损耗与晶体结构和晶体化学的内在关联性。为进一步提高现有体系的微波介电性能与开发新型微波介质材料提供思路。

A(B'1/3B''2/3)O3型复合钙钛矿具有优异的介电性能，在微波通讯方面有重要的应用，其微观极化机制以及与本征损耗的关系需要做系统深入的理论研究。本项目按照资助计划圆满完成各项研究内容，利用密度泛函理论和密度泛函微扰理论对A(B'1/3B''2/3)O3型复合钙钛矿全方面的物理性质进行了第一性原理计算研究：. 1）通过晶体结构优化和电子结构的计算，确定了[B'O6]八面体和[B''O6]八面体的畸变规律，并得到了体系的态密度和能带结构。对B'离子为3d壳层部分填充的体系，系统研究了在位强关联效应对电子结构和介电张量的影响，确定了该类体系合适的计算方法和在位关联强度。. 2）完成了A(B'1/3B''2/3)O3微波介质极化的微观机制的研究，得到了电子位移极化和离子位移极化对介电张量的贡献。研究表明，对模式有效电荷起主要贡献的是O离子的简正振动，B位离子显著影响O1和O2对声子有效电荷的贡献。结合晶体结构和电子结构的计算结果，阐明了化学组成、晶体结构、电子结构对微观极化机制的影响规律。. 3）通过将离子位移极化分解为红外活性声子贡献的模式分解，确定了对介电响应起主要贡献的晶格振动模式，以及A、B'和B''离子对声子有效电荷和振子强度的影响。对简正模振子强度的分析，结合A、B离子对简正模非简谐性的影响，确定了对本征介电损耗起主导作用的振动模式，深入认识了本征损耗与晶体结构和晶体化学的内在关联性。. 4）此外，还对铁磁/铁电异质外延结构的界面磁电耦合机制和自旋相关电子的隧穿、单相多铁性体CaMn7O12磁致铁电相变机制和自发极化微观起源进行了较为深入的研究：一方面铁磁/铁电异质界面的计算研究揭示了磁相互作用类型对界面电子磁电耦合机制的重要性，并且可以同时实现界面键合和自旋极化载流子屏蔽这两种不同的磁电耦合机制，从而大大提高其磁电耦合系数；另一方面对单相多铁性体CaMn7O12的研究，发现纯拉曼型的晶格畸具有反常的红外活性并对铁电极化有重要贡献，揭示了寻找和设计新的单相磁致多铁性材料的思路。. 5）项目研究期内，已在国际学术期刊发表SCI收录论文22篇；培养博生研究生已毕业1人、硕士研究生已毕业2人、在读3人。