1、鈣鈦礦氧化物材料具有獨(dú)特的氧八面體結(jié)構(gòu)，其A位和B位離子都可以被半徑相近的其他離子取代而形成新的材料，所以此類化合物種類繁多且在地球上廣泛存在。在鈣鈦礦氧化物的晶格中存在很多的自由度，例如晶格、自旋、電荷、軌道等，而且它們對(duì)壓力、成分、溫度等因素都比較敏感，因此鈣鈦礦氧化物材料中存在著很豐富的物理性質(zhì)，例如鐵電性、反鐵電性、壓電性、金屬導(dǎo)電性、絕緣性、鐵磁性以及反鐵磁性等。若把不同的材料設(shè)計(jì)成納米尺度的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，來(lái)自兩個(gè)晶格的自由度會(huì)在

2、界面處相互耦合，進(jìn)而產(chǎn)生一系列奇特的物理現(xiàn)象，如二維電子氣體、高溫超導(dǎo)、巨磁電阻、磁電耦合等。本論文主要是運(yùn)用第一性原理計(jì)算的方法，對(duì)鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)的性質(zhì)進(jìn)行研究，也包括設(shè)計(jì)新的材料體系以及對(duì)其性質(zhì)的預(yù)測(cè)?，F(xiàn)將主要內(nèi)容安排如下:
　　第一章，首先介紹了ABO3型鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)以及其分類，然后對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述。在本章的最后一個(gè)部分，著重介紹了異質(zhì)結(jié)中會(huì)出現(xiàn)的一些新奇的現(xiàn)象，這也為后面有關(guān)于異質(zhì)結(jié)的研究做了一些背景知識(shí)的鋪墊。

3、
　　第二章，簡(jiǎn)要介紹了基于密度泛函的第一性原理計(jì)算的一些理論基礎(chǔ)。通過(guò)介紹HF近似，HK定理，KS方程組和交換密度泛函等一系列近似，得出可以應(yīng)用于第一性原理計(jì)算的密度泛函表達(dá)式。接著還對(duì)極化理論對(duì)了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)本論文所用的VASP軟件進(jìn)行了說(shuō)明。
　　第三章，本章中我們以PbTiO3為例子，對(duì)外延生長(zhǎng)在襯底上的PbTiO3薄膜的極化進(jìn)行了第一性原理研究。主要是對(duì)[001]、[110]和[111]三種不同生長(zhǎng)方向的PbTi

4、O3薄膜的極化大小進(jìn)行了計(jì)算，并且選了SrTiO3和LaAlO3兩種襯底進(jìn)行了對(duì)比。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)影響其極化值大小的主要原因不是襯底，而是PbTiO3材料的四方性的結(jié)構(gòu)。
　　第四章，本章主要對(duì)設(shè)計(jì)的超晶格材料(YFeO3)n/(YTiO3)n的性質(zhì)進(jìn)行了理論預(yù)測(cè)。首先是對(duì)兩種塊材進(jìn)行了計(jì)算，得到了它們的電子態(tài)密度以及磁矩。并從能帶對(duì)齊理論出發(fā)，分析了在此類超晶格中不會(huì)有電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。然后對(duì)n=1和n=2的超晶格進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果驚奇

5、的發(fā)現(xiàn)兩個(gè)體系中都發(fā)生了完全的電荷轉(zhuǎn)移，Ti的3d軌道上的一個(gè)電子轉(zhuǎn)移到了Fe的3d軌道上面，形成了Ti4+-Fe2+的化合價(jià)。接著我們通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性分析，發(fā)現(xiàn)n=1的超晶格是中心對(duì)稱的，n=2的超晶格是屬于非中心對(duì)稱的。并且通過(guò)計(jì)算得到兩個(gè)晶格的極化值，結(jié)果和對(duì)稱性分析的結(jié)論一致，在n=1的超晶格中極化為0，而n=2的超晶格中有相對(duì)較大的鐵電極化。最后在n=2的超晶格中，通過(guò)把總的極化拆分為三個(gè)部分的貢獻(xiàn)，還預(yù)測(cè)了當(dāng)體系為金屬態(tài)的