SrTiO3材料中氧空位的密度泛函理论
来源期刊：功能材料与器件学报2007年第6期
论文作者：张志勇 张富春 邓周虎 贠江妮
关键词：第一性原理计算; 氧空位; 电子结构; 形成能; density function theory; oxygen vacancy; electronic structure; formation energy;
摘 要：计算了SrTiO3-δ(δ=0,δ=0.125)体系电子结构,分析了氧空位对SrTiO3晶体的价键结构、能带、态密度、分波态密度、差分电荷密度的影响.所有计算都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.计算结果表明:当氧空位浓度δ=0.125时,空位在母体化合物SrTiO3中引入了大量的传导电子,费米能级进入导带,体系显示金属型导电性.由于空位掺杂,导带底附近的态密度发生了畸变,刚性能带模型不再适合描述SrTiO2.875体系.同时,在导带底附近距离费米能级0.3eV处引入了空位能级,这和实验测得的SrTiO3材料内中性氧空位的电离能约为0.4eV相符.此外,Mulliken布局分析、分波态密度和差分电荷密度分析表明,该空位能级主要由与其最近邻的两个Ti原子的3d电子态贡献,并且由该空位引入的导电电子大部分都局域在空位最近邻的两个Ti原子周围.最后,计算了三种典型平衡条件下SrTiO3晶体内中性氧空位的形成能.
张志勇1，张富春1，邓周虎1，贠江妮1
(1.西北大学信息科学与技术学院,西安,710069;
2.延安大学物理与电子信息学院,延安,71600)
摘要:计算了SrTiO3-δ(δ=0,δ=0.125)体系电子结构,分析了氧空位对SrTiO3晶体的价键结构、能带、态密度、分波态密度、差分电荷密度的影响.所有计算都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.计算结果表明:当氧空位浓度δ=0.125时,空位在母体化合物SrTiO3中引入了大量的传导电子,费米能级进入导带,体系显示金属型导电性.由于空位掺杂,导带底附近的态密度发生了畸变,刚性能带模型不再适合描述SrTiO2.875体系.同时,在导带底附近距离费米能级0.3eV处引入了空位能级,这和实验测得的SrTiO3材料内中性氧空位的电离能约为0.4eV相符.此外,Mulliken布局分析、分波态密度和差分电荷密度分析表明,该空位能级主要由与其最近邻的两个Ti原子的3d电子态贡献,并且由该空位引入的导电电子大部分都局域在空位最近邻的两个Ti原子周围.最后,计算了三种典型平衡条件下SrTiO3晶体内中性氧空位的形成能.
关键词:第一性原理计算; 氧空位; 电子结构; 形成能; density function theory; oxygen vacancy; electronic structure; formation energy;
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