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氮氢混合气氛退火中氢对Bi4Ti3O12铁电性能的影响
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O641.121[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]河北大学物理科学与技术学院,保定071002
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:60876055 11074063); 高等学校博士点基金(批准号:20091301110002); 河北省自然科学基金(批准号:E2009000207 E2008000620 08B010); 河北省应用基础研究计划重点基础研究项目(批准号:10963525D)资助的课题
中文摘要:

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了在氮氢混合气氛中退火后Bi4Ti3O12铁电性的退化机理.分别计算了无氢、含氢模型中Ti沿c轴位移时体系总能量的变化,电子云密度分布,以及电子结构的总能态密度的变化.结果表明含氢Bi4Ti3O12铁电相Ti-O,Bi-O间的电子云重叠布居分布较无氢情况下变化明显,氢氧之间较强的轨道杂化使它们趋于形成共价键;晶格中氢氧键的钉扎效应使含氢情况下顺电相能量低于铁电相能量,表明氢的引入阻碍了Bi4Ti3O12从四方顺电相到正交铁电相的相变,同时造成Bi4Ti3O12晶体的导电性能增强,并推断其为含氢气氛退火过程中Bi4Ti3O12铁电性能退化的主要原因.

英文摘要:

Degradation of Bi4Ti3O12 ferroelectricity during forming gas annealing is investigated by the first-principles method based on the density functional theory(DFT) the generalized gradient approximation(GGA).We calculate the variations of total energy with the displacement of Ti along the c axis,electron density and total density of states in hydrogen-free and hydrogenated models.The results show that the electron densities of Ti-O and Bi-O exhibit significant changes between the Bi4Ti3O12 ferroelectric phases for the hydrogenated and hydrogen-free cases,and the strong hybridization between H and O is favorable to the formation of a convalent bond.The total energy of ferroelectric phase for the hydrogenated case is bigger than that of paraelectric phase because hydrogen incorporation into the lattice has a direct effect on polarization pinning by possibly forming a hydroxyl bond.This demonstrates that hydrogen introduction during forming gas annealing hinders the phase transition of the Bi4Ti3O12 from tetragonal paraelectricity to orthogonal ferroelectricity,and electrical conductivity of Bi4Ti3O12 is increased.This may be an important factor causing severe degradation of Bi4Ti3O12 ferroelectricity.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876