【摘 要】
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A2B′B″O6型双钙钛矿氧化物因其优良的物理和化学性质而备受关注,它们广泛应用于电子设备、传感器、燃料电池以及太阳能电池等领域。目前关于双钙钛矿Sr2CuIrO6和A2CoNbO6-δ（A=Sr,Ba）的研究主要集中于实验,而理论研究至关重要但较少,且有更多性质有待发掘,因此本文基于第一性原理密度泛函研究方法研究了双钙钛矿Sr2CuIrO6和A2CoNbO6-δ（A=Sr,Ba）的晶体结构和部分
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A2B′B″O6型双钙钛矿氧化物因其优良的物理和化学性质而备受关注,它们广泛应用于电子设备、传感器、燃料电池以及太阳能电池等领域。目前关于双钙钛矿Sr2CuIrO6和A2CoNbO6-δ（A=Sr,Ba）的研究主要集中于实验,而理论研究至关重要但较少,且有更多性质有待发掘,因此本文基于第一性原理密度泛函研究方法研究了双钙钛矿Sr2CuIrO6和A2CoNbO6-δ（A=Sr,Ba）的晶体结构和部分物理性质,并分析了A、B位元素和氧空位对双钙钛矿性质的影响,得到以下结论。双钙钛矿Sr2CuIrO6属四方晶系,其C型反铁磁基态内的磁相互作用可以通过半共价交换理论来解释。在双钙钛矿Sr2CuIrO6体系内,XOY面内Cu2b和Ir2a原子通过Cu2~1 b-O8~2 h-Ir2~2 a和Cu2~2 b-O8~1 h-Ir2~1 a磁交换链呈反铁磁耦合,而沿Z轴Cu2b和Ir2a原子通过Ir2~1 a-O4~1 e-Cu2~1 b和Ir2~2 a-O4~2 e-Cu2~2 b磁交换链呈铁磁耦合。双钙钛矿Sr2CuIrO6具有1.170e V的间接带隙,并在紫外区具有高吸收系数,价带O-2p轨道与导带Ir-5d轨道间的电子跃迁在其光学性质中起着重要作用。无氧空位双钙钛矿A2CoNbO6（A=Sr,Ba）的理论晶体参数与实验值相近,属四方晶系,二者均为脆性材料且弹性各向异性较弱。杂化泛函HSE06计算表明双钙钛矿A2CoNbO6（A=Sr,Ba）的电子结构相似,价带顶主要由Co-3d和O-2p轨道构成,而导带底主要由Co-3d轨道形成,其相近间接带隙值2.916和3.050 e V主要由晶体结构中<Co O6>八面体主导。价带O-2p轨道与导带Co-3d轨道间的电子跃迁在双钙钛矿A2CoNbO6（A=Sr,Ba）的光学性质中起重要作用。此外,双钙钛矿A2CoNbO6（A=Sr,Ba）具有五个相同的、有活性的晶格振动模Ag,Bg,Eg,Au和Eu以及一个静态晶格振动模Bu。以上结果表明,A位对双钙钛矿A2CoNbO6（A=Sr,Ba）物理性质的影响较弱。在含氧空位的双钙钛矿Sr2CoNbO6-δ中,氧空位对其性质的影响较大。GGA+U方法弛豫的1×1×1晶胞与2×1×1、3×1×1和2×2×1超胞的氧空位结构表明氧空位使双钙钛矿Sr2CoNbO6-δ的晶格发生畸变:氧空位浓度越大,晶格畸变越严重,单位晶胞能量越高。氧空位使双钙钛矿Sr2CoNbO6-δ的杨氏模量、体模量和剪切模量减小,各向异性增加,且可从脆性材料转变为延性材料。电子结构表明本文所考虑的含氧空位的双钙钛矿Sr2CoNbO6-δ均保持了半导体特征,氧空位浓度较大时,带隙的变化较小,并定性地解释了其原因。氧空位对双钙钛矿Sr2CoNbO6-δ磁性的影响是复杂的,分析表明含氧空位的双钙钛矿Sr2CoNbO6-δ在宏观上会显示出类自旋玻璃态的磁性行为。
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