钛酸钡的光学性质计算开题报告

1. 研究目的与意义

钛酸钡是一种强介电化合物材料，具有高介电常数和低介电损耗，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。关于钛酸钡的研究有很多，国内外许多的学者对钛酸钡做了大量的研究工作，通过掺杂改性，已经得到了大量的新材料，尤其是在mlcc方面，应用前景广阔。钛酸钡主要用于电子陶瓷、ptc热敏电阻、电容器等多种电子元器件的配制以及一些复合材料的增强。钛酸钡是一种典型的铁电体。一般来讲，电介质的电极化过程有三种，即电子位移极化、离子位移极化和固有电矩转向极化。钛酸钡的自发极化的贡献主要来自于ti⁴ 的离子位移极化和氧八面体其中一个o^2-的电子位移极化。钛酸钡晶体是由无数钛酸钡晶胞组成的。当立方钛酸钡晶体冷却到居里点tc时，将开始产生自发极化，并同时进行立方相向四方相的转变。在发生自发极化的时候，其中一部分相互临近的晶胞都沿着原来立方晶胞的某个晶轴产生自发极化，而另一部分相互临近的晶胞可能沿原立方晶胞的另一个晶轴产生自发极化。这样当钛酸钡转变成四方相后，晶体就出现了沿不同方向自发极化的晶胞小单元，我们称之为电畴。也就是说，通过降低温度，晶体从顺电相转变为铁电相时，由于自发极化，引起表面静电相互作用变化，产生电畴结构。

2. 研究内容和预期目标

利用第一性原理对钛酸钡体材料进行第一性计算，得到材料的静态结构以及自发极化，进一步根据计算结果给出材料的介电常数，以及钛酸钡材料的光学吸收系数。利用局域密度近似计算相互作用的势能，采用lda、gga的dft理论方法以及考虑了准粒子相互作用的gw方法分别计算材料的光学性质。其结果由晶格常数、体模量和它的压力导数、能带结构、态密度、和折射率给出。结果将与之前的计算和实验数据作比较。在得到钛酸钡的结构、电学和光学等性质后将其与可获得的实验数据比较，评估计算的准确度。

3. 研究的方法与步骤

以BaTiO₃铁电材料为例，对块材进行结构弛豫，画出体系的电子态密度分布, 对相关计算结果进行仔细分析。方法是利VASP软件对系统进行模拟，并对数值计算结果，包括电子态密度，能带，材料的极化等结果进行分析和可视化。然后把VASP的计算结果作为零级近似，进一步利用GW方法和解Bethe-Salpeter方程,考虑激子之间的相互作用，进一步修正体系的能带和光学性质，并与实验结果作比较。要求同学能阅读外文文献，并熟悉Linux操作系统，VASP等软件。学会安装FORTRAN计算软件，ORIGIN画图等软件。最后根据计算结果得出结论，并对基于ＤＦＴ的ＶＡＳＰ的计算结果和由ＧＷ方法得到的结果进行仔细对照研究，给出相关的物理机制，最后再考虑体积对ＢａＴｉＯ_３材料的光学性质的影响，对通过第一性计算的方法来研究材料或者异质结的物理性能有个基本的认识。

4. 参考文献

5. 计划与进度安排

(1) 2022.11.27 — 2022.3.4 指导教师与学生联系，学生根据要求收集资料

(2) 2022.3.5 — 2022.3.11 下达毕业任务书

(3) 2022.3.5 — 2022.3.18 学生完成开题报告