基于第一性原理的S掺杂BiFeO3结构模拟和光吸收性能预测

摘要：

采用基于密度泛函理论的第一性原理对S掺杂的四方铁酸铋(BiFeO3)结构进行了模拟计算,并对其光吸收性能进行了预测.通过计算S替代O的形成能,获得了S的最可能替代位置和S掺杂BiFeO3最稳定结构.研究发现,S取代O会造成BiFeO3晶格沿c轴拉伸,体积膨胀.当S取代全部D1位置的O后,形成BiFeO2S的c/a达到1.468,晶胞体积扩大近24％.电子结构分析表明,BiFeO3掺入少量的S(BiFeO2.875S0.125)会使带隙减小,由原来未掺杂的1.53 eV降低到1.35 eV.BiFeO2S相比BiFeO2.875S0.125,虽然带隙宽度变化比较小,但导带底能带色散变小,这种变化对光的吸收有明显作用.由态密度分析可知,BiFeO2S的导带最低点主要由Bi 6pz和Fe 3dz轨道构成,而Bi 6s轨道、O 2pz轨道和S 2(px,py)轨道共同构成了价带2顶.通过光学吸收系数的计算进一步表明,S的掺入改善了BiFeO3的可见光吸收性能.

关键词：掺杂铁酸铋、光学性质、第一性原理

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分类号：TB484.5(工业通用技术与设备)

资助基金：国家自然科学基金11374086;河北省自然科学基金20172010034;中央高校基本科研业务费专项资金资助2016MS158

在线出版日期：2019-04-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：383-387