研究目的
研究Bi4Ti3O12类萤石层中Bi位等价掺杂对自发极化矢量大小和取向的影响，旨在实现器件应用所需的面外极化。
研究成果
在Bi4Ti3O12类萤石层中Bi位点的等价掺杂（尤其是P掺杂）能有效将自发极化矢量转向面外方向，使横向分量增强三倍并旋转36.2°。这为调控BiT及类似Aurivillius化合物的铁电性能以实现先进器件应用提供了可行途径，在Bi贫乏条件下P掺杂最具优势。
研究不足
该研究依赖于计算方法（采用GGA的DFT），可能低估带隙且无法完全反映实验条件。掺杂浓度（6.25%）为理论值，在实验中可能难以实现。分析假设杂质处于中性电荷态，未考虑动态效应或温度变化。本文未包含实验验证。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用基于平面波赝势方法的第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，使用维也纳从头算模拟软件包（VASP）。交换关联能采用Perdew-Burke-Ernzerhof参数化的广义梯度近似（GGA）。通过密度泛函微扰理论（DFPT）进行声子分析和玻恩有效电荷计算。
2：样本选择与数据来源：
纯相及掺杂Bi4Ti3O12的晶体结构模型基于前人研究优化的晶格参数。掺杂过程为用等价元素P、As和Sb以6.25%浓度替换萤石层中的Bi原子。
3：25%浓度替换萤石层中的Bi原子。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：计算资源包括康涅狄格大学高性能计算设施及极端科学与工程发现环境（XSEDE）。使用软件：VASP进行DFT计算，PHONOPY处理声子计算，FINDSYM进行对称性分析。
4：实验流程与操作步骤：
对76原子超胞进行几何优化（能量收敛容差10^-6 eV）。布里渊区积分采用Monkhorst-Pack k点网格（优化用5x5x3，自洽场计算用8x8x8）。通过声子模式分析理解原子对极化的贡献。通过优化掺杂结构并计算极化分量、带隙和形成能来研究掺杂效应。
5：数据分析方法：
自发极化通过玻恩有效电荷和离子位移矢量计算。声子分析包含层分辨偶极矩计算。采用化学势评估掺杂体系形成能。通过电子态密度分析评估带隙变化。
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