Ab initio исследования диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих свойств сегнетоэлектрических сверхрешеток BaTiO₃/SrTiO₃

Методом функционала плотности рассчитаны фононный спектр, кристаллическая структура полярной фазы, спонтанная поляризация, тензоры диэлектрической проницаемости, пьезоэлектрических и упругих модулей для свободно подвешенных и закрепленных на подложке сверхрешеток (СР) mBaTiO₃/nSrTiO₃ с m=n=1--4. Моделирование свойств неупорядоченного твердого раствора Ba_0.5Sr_0.5TiO₃ с помощью двух специальных квазислучайных структур SQS-4 и сравнение их со свойствами сверхрешеток обнаружили склонность системы BaTiO₃--SrTiO₃ к сверхструктурному упорядочению и показали, что рассматриваемые СР термодинамически вполне стабильны. Основным состоянием свободно подвешенной СР является моноклинная полярная фаза Cm; при сжатии СР в плоскости слоев она переходит в тетрагональную полярную фазу P4mm, а при растяжении -- в орторомбическую полярную фазу Amm2. При изменении параметра решетки в плоскости слоев вблизи границ между соседствующими полярными фазами наблюдается смягчение некоторых оптических и акустических мод, а определенные компоненты тензоров статической диэлектрической проницаемости, пьезоэлектрических и упругих модулей испытывают критическую расходимость.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект N 08-02-01436).

PACS: 64.60.-i, 68.65.Cd, 77.84.Dy, 81.05.Zx

• Текст статьи в формате PDF (253 KB)

Другие работы по первопринципным расчетам