二维铁电材料的第一性原理研究

论文摘要

近年来,铁电材料一直是凝聚态物理以及材料科学研究重点关注的领域之一。从原来的压电陶瓷材料到后来的钙钛矿铁电材料,再从钙钛矿铁电材料到现在的铁电薄膜材料,铁电材料朝着更小易集成器件的方向的发展,并且具有广泛的应用前景。寻找具有自发极化,并且极化可以由外电场调控反转的铁电材料,对于研发新型的信息存储材料具有至关重要的意义。传统的三维铁电材料由于表面净电荷的存在而产生退极化场,使得三维铁电材料薄膜在小于一定的厚度时自发极化被抑制。这严重制约了器件的小型化,高集成度方向的应用。所以寻找并研究具有稳定自发极化的二维铁电材料至关重要。在我们的研究中将通过第一性原理方法重点研究具有二维单层结构的铁电材料。我们从体系对称性观点出发,寻找和筛选可能出现自发极化的二维铁电材料,特别是具有垂直材料平面的面外极化行为。在研究中,我们发现应变可以调控一些二维材料中的极化行为,使这些材料在铁电相和顺电相之间发生转换。我们通过第一性原理的方法研究了这些行为,包括极化反转以及相关晶格序耦合行为。基于第一性原理计算的数据,构建了相应的唯象朗道模型,初步展示了这些材料中面内应变与垂直平面的极化之间的耦合关系。我们的研究揭示了一部分二维铁电行为的基本规律,同时为寻找新的二维铁电、多铁材料提供了新的思路和方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及研究意义
•     1.1.1 背景介绍
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 铁电材料概述
•     1.2.1 什么是铁电材料
•     1.2.2 自发极化产生的机制
•     1.2.3 铁电材料的基本性质
•     1.2.4 二维铁电体简介
•   1.3 国内外研究现状及分析
•     1.3.1 国内研究现状
•     1.3.2 国外研究现状
•   1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 研究的理论方法
•   2.1 密度泛函理论
•     2.1.1 多体系统的哈密顿量
•     2.1.2 Kohn-Sham方程
•     2.1.3 密度泛函微扰理论
•     2.1.4 DFT理论的相关近似
•   2.2 现代极化理论
•     2.2.1 极化量子的概念
•     2.2.2 Berry phase方法
•   2.3 朗道理论
•   2.4 研究的工具
•     2.4.1 VASP的使用及参数调试
•     2.4.2 研究用到的其他工具
•   2.5 本章小结
• 2Se₃中的铁电行为研究'>第3章 In₂Se₃中的铁电行为研究
• 2Se₃的结构特点'>  3.1 In₂Se₃的结构特点
• 2Se₃非零的面外极化'>  3.2 In₂Se₃非零的面外极化
•   3.3 应力下极化与非极化之间的转变
• 2Se₃稳定的TN非极化相'>  3.4 In₂Se₃稳定的TN非极化相
• 2Se₃的朗道相变理论'>  3.5 In₂Se₃的朗道相变理论
•   3.6 本章小结
• 2Se₃中应力导致的铁电行为研究'>第4章 Bi₂Se₃中应力导致的铁电行为研究
• 2Se₃的结构特点'>  4.1 Bi₂Se₃的结构特点
• 2Se₃的晶格动力学分析'>  4.2 Bi₂Se₃的晶格动力学分析
•   4.3 应变下非极化与极化之间的相变
• 2Se₃稳定的PN极化相'>  4.4 Bi₂Se₃稳定的PN极化相
• 2Se₃的朗道相变理论'>  4.5 Bi₂Se₃的朗道相变理论
•   4.6 本章小结
• 2B₃类二维材料中应力导致的极化'>第5章 A₂B₃类二维材料中应力导致的极化
•   5.1 应变下非极化与极化之间的相变
• 2B₃中的稳定的PN极化相'>  5.2 A₂B₃中的稳定的PN极化相
•   5.3 二维铁电材料总结
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈立春

导师: 徐虎

关键词: 铁电材料,二维材料,第一性原理,自发极化,朗道模型

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,电力工业

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TM221;O469

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003830

总页数: 73

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