[發明專利]一種基于第一性原理計算調控鈣鈦礦材料缺陷的方法

在審

• 申請號: 202010495984.0
• 申請日: 2020-06-03
• 公開（公告）號: CN111653325A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 蘇杰;林珍華;常晶晶;張鈞瑜;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C10/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

1.一種基于第一性原理計算調控鈣鈦礦材料缺陷的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用MS軟件構建中間產物晶體模型和鈣鈦礦晶系超胞的缺陷晶體模型，并借助VESTA軟件將結構數據文件類型轉為.vasp文件格式；

S2、對中間產物晶體模型和缺陷晶體模型進行第一性原理計算模擬，得到各模型原子位置信息和晶格體系自由能；

S3、以線性規劃分析制備中間產物和終產物形成約束條件，在約束條件內量化缺陷晶體形成能，并以缺陷晶體形成能量化缺陷晶體內能級位置；

其中，所述約束條件是以中間產物的標準吉布斯能為邊界，中間產物中元素的化學勢為自變量的線性規劃；所述缺陷晶體形成能以形成能公式代入晶格體系自由能和缺陷原子化學勢求得，所述缺陷原子化學勢為約束條件允許的化學勢解；

S4、重復以上步驟，改變約束條件內的變量，分析缺陷晶體的形成能和能級位置的變化，以及缺陷晶體的電學特性，確定最佳的約束條件，即起到調控鈣鈦礦材料缺陷的作用。

2.根據權利要求1所述的基于第一性原理計算調控鈣鈦礦材料缺陷的方法，其特征在于，所述的鈣鈦礦晶系選用化學式為ABX₃的鈣鈦礦晶系。

3.根據權利要求1所述的基于第一性原理計算調控鈣鈦礦材料缺陷的方法，其特征在于，計算所述量化缺陷晶體形成能公式如下：

其中，E^f[D]為缺陷D的形成能；

E_TOTEN[D^q]為含有電荷為q，缺陷為D的超胞總能；

E_TOTEN[perfect]為沒有缺陷的完美超胞的總能；

E_VBM為修正后的完美超胞價帶頂的能量；

E_f為相對于VBM的費米能；

q為點電荷量；

n_i表示缺陷i原子數，n_i為負值，或表示間隔i原子數，n_i為正值；

μ_i表示缺陷i原子化學勢。

4.根據權利要求3所述的基于第一性原理計算調控鈣鈦礦材料缺陷的方法，其特征在于，通過所述形成能公式計算得出的所述量化缺陷晶體形成能，采用弗里索德,，諾格堡爾和范德瓦勒(FNC)聯合方案修正。

5.根據權利要求4所述的基于第一性原理計算調控鈣鈦礦材料缺陷的方法，其特征在于，所述聯合修正，在計算過程中通過對其遠離缺陷的靜電勢和不含缺陷的靜電勢來修正E_VBM。

6.根據權利要求5所述的基于第一性原理計算調控鈣鈦礦材料缺陷的方法，其特征在于，所述量化缺陷晶體內能級位置的方法是以公式帶入所述量化缺陷晶體形成能求得所述晶體缺陷模型內的能級位置。

7.根據權利要求6所述的基于第一性原理計算調控鈣鈦礦材料缺陷的方法，其特征在于，計算所述量化缺陷晶體內能級位置公式如下：

其中，q₁和q₂分別是費米能級為0處帶不同電荷量的點電荷；

E^f[D^q1]和E^f[D^q2]分別為帶電荷q₁和q₂缺陷D形成能。

8.根據權利要求1所述的基于第一性原理計算調控鈣鈦礦材料缺陷的方法，其特征在于，所述晶格體系自由能計算是基于平面波方法密度泛函理論的VASP模擬軟件包，其中，在計算的過程中，基于廣義梯度近似(GGA)采用PBE交換關聯函數描述，選用平面波截止能量400-500eV、力學收斂標準0.005-0.010eV/A°，自洽收斂標準為10^-6-10^-5eV。