鈣鈦礦結構ZrBeO3穩定性的第一性原理研究

溫新竹，彭玉顏，劉明真

（仰恩大學工程技術學院，福建 泉州 362014）

鈣鈦礦氧化物（ABO3）由于具有鐵電、鐵磁、超導、壓電等特性，在光波導、激光倍頻、壓電傳感器、可調諧電容器、高容量存儲單元等方面具有廣泛的應用[1-4]。Park等[5]發現在電荷有序的短周期LaVO3/SrVO3鈣鈦礦超晶格中，通過調控釩離子價態可以形成擁有很大極化強度的亞穩態。Fennie[6]在尋求強磁電耦合材料的過程中發現PbTiO3/BiFeO3電磁耦合機制不同。Sonali等[3]計算了順電BaTiO3的電子結構、化學鍵、光學性質，揭示出其應用的巨大潛力。常見鋯酸鹽類物質（AZrO3，A=Ca,Sr,Ba等）一般具有高熔點、高熱膨脹系數、低熱導率、高化學穩定性、高輻射穩定性，以及優良的離子導電性能，在熱障涂層材料[7]、核材料[8]、耐火材料[9]、發光材料[10-12]、高溫離子傳感器件[13-14]等諸多領域得到廣泛應用。目前關于ABO3結構與性能方面的計算預測研究眾多，相對于鋯基功能材料的廣泛應用，ABO3型結構的鋯酸鹽晶體材料的理論研究較少[15-16]，而對于Zr元素與B、O可能構成的兩種ZrBeO3、BeZrO3結構幾乎沒有任何相關報道。本研究基于密度泛函理論（Density functional theory,DFT）的第一性原理，采用模守恒贗勢平面波方法，通過對ZrBeO3的化學鍵Mulliken布居值以及聲子譜、聲子態密度的計算分析，從電子結構角度出發探討ZrBeO3穩定性差的本質原因，研究結果對于進一步優化ZrBeO3的穩定性，縮短其實驗研究及應用進程，以及開發Zr基多功能材料提供一定的理論參考。

1 理論模型與計算方法

1.1 理論模型建立

ABO3型鈣鈦礦的結構為簡立方晶格，空間群晶胞中有5個原子，B占據立方晶格體心位置，A占據8個頂點位置，晶胞6個面心位置由O離子占據，O離子與中心B位離子形成BO6八面體。……