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缺陷对纯及掺杂铌酸锂自发极化的影响：第一性原理计算

DOI：10.3390/ma12010100 期刊：Materials 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 大量研究表明，铌酸锂（LN）的内在缺陷主导着其物理特性。在富铌环境中，由铌反位缺陷与四个锂空位构成的结构被认为是最稳定的构型?；诿芏确汉砺郏―FT），我们探究了LN中四个锂空位的具体排布方式。结果显示：在纯LN中，最稳定结构包含两个作为铌反位第一近邻的锂空位与两个作为第二近邻的锂空位；在掺杂LN中也发现了类似的稳定结构。我们发现缺陷偶极矩对晶体极化并无直接贡献，自发极化更可能源于晶格畸变——该结论在掺杂Mg2?、Sc3?和Zr??的LN缺陷结构中得到验证。这一发现为缺陷团簇与晶体极化之间的关系提供了新认知。
作者： Weiwei Wang，Dahuai Zheng，Yongfa Kong，Lixin Zhang，Jingjun Xu，Mengyuan Hu，Shahzad Saeed，Hongde Liu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用第一性原理计算研究缺陷对纯及掺杂铌酸锂自发极化的影响，重点考察缺陷团簇的构型及其偶极矩。

研究成果

纯铌酸锂中最稳定的缺陷结构是在铌反位点周围存在两个第一近邻和两个第二近邻的锂空位。该缺陷团簇的偶极矩垂直于自发极化方向（c轴），不会直接对其产生贡献；极化现象很可能源于晶格畸变。掺杂镁离子（Mg2?）和钪离子（Sc3?）的铌酸锂也呈现类似发现，而锆离子（Zr??）虽存在微小贡献但不显著。这为缺陷与晶体极化之间的关系提供了新见解。

研究不足

计算基于密度泛函理论（DFT），可能存在近似处理。研究采用大超胞模型，但周期性边界条件可能影响静电相互作用。温度效应被视为可忽略，且仅研究了特定掺杂元素（镁、钪、锆），限制了结论的普适性。研究聚焦于本征缺陷及简单非本征缺陷，未探讨更复杂的机制。

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