钙钛矿型铁电体材料铌酸钾系第一性原理的研究

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铌酸钾KNbO3(KN)是一种铁电性很强的钙钛矿型铁电体,对环境无污染,人体友好无毒,具大的自发极化、高的电光系数和非线性光学系数、良好的压电节电性能以及高的机电耦合系数,是一种优良的替代PZT的无铅压电材料。在光存储、激光倍频,以及声波传感器换能器上有很大的应用价值。因此在最近这些年,成为人们研究的热点材料之一。本论文采用基于密度泛函的第一性原理,计算了KNbO3系的电子结构和性能。我们发现,在KNbO3中,Nb-O共价键在电子结构、光学性能、铁电性能中起主要作用,它的增强有利于铁电自发极化,但不利于极化,Nb-O键的畸变方向和程度决定了自发极化的方向和大小。铁电相的光学性能和介电性能是差于顺电相的。研究了五个不同组分的KNN,K:Na=3:1、K:Na=3:1、K:Na=2:1、K:Na=I:1、K:Na=1:2、K:Na=1:3,当Na进入晶胞时,其光学性能、介电性能均变差,在K:Na=1:1时,光学性能和介电性能最好。当存在K空位时,其光学性能、介电性能变差,存在O空位时,KNbO3表现为金属性,其光学性能变差,介电性能变强,且在其光学带隙内,存在光致发光峰。
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