CeO2的电子结构，光学和晶格动力学性质：第一性原理研究

李沛娟; 周薇薇; 唐元昊; 张华; 施思齐

doi:10.7498/aps.59.3426

摘要

基于考虑了Ce-4f电子间的库仑作用U和交换作用J的LDA+U方案，应用第一性原理计算系统研究了CeO2的电子结构，光学和晶格动力学性质.电荷密度和电子局域函数的分布特征表明，CeO2是属于共价键的绝缘体.介电常数、玻恩有效电荷张量和声子色散曲线的计算值和相应的实验结果符合得比较好.

关键词:

The electronic structure，optical and lattice dynamical properties of CeO2 are studied using first-principles density functional theory taking into account the on-site Coulomb interaction within the LDA+U scheme. Results of the charge density and electron localization function distribution indicate that CeO2 is an insulator with covalent bonding between Ce and O atoms. Calculated dielectric constants，Born effective charge tensors，phonon dispersion curves reproduce the experimental data reasonably.

Keywords:

作者及机构信息

1.
浙江理工大学物理系，光电材料与器件中心，杭州 310018

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：50730004和50802089)，浙江省“钱江人才计划”(批准号：2007R10028)，教育部留学回国基金(批准号：［2008］890)和浙江省自然科学基金(批准号：Y407188和Y4090280)资助的课题.

Authors and contacts

1.
浙江理工大学物理系，光电材料与器件中心，杭州 310018

参考文献

[1]	［1］ Park S，Vohs J M，Gorte R J 2000 Nature (London) 404 265
[2]	［2］ Dresselhaus M S，Thomas I L 2001 Nature (London) 414 332
[3]	［3］ Esch F，Fabris S，Zhou L，Montini T，Africh C，Fornasiero P，Comelli G，Rosei R 2005 Science 309 752
[4]	［4］ Fu Q，Saltsburg H，Flytzani-Stephanopoulos M 2003 Science 301 935
[5]	［5］ Deluga G A，Salge J R，Schmidt L D，Verykios X E 2004 Science 303 993
[6]	［6］ Inoue T，Yamamoto Y，Koyama S，Suzuki S，Ueda Y 1990 Appl. Phys. Lett. 56 1332
[7]	［7］ Marabelli M，Wachter P 1987 Phys. Rev. B 36 1238
[8]	［8］ Fujimori A 1983 Phys. Rev. B 27 3992
[9]	［9］ Normand F L，Fallah J E，Hiliaire L，Légaré P，Kotani A，Parlebas J C 1989 Solid State Commun. 71 885
[10]	］ Wuilloud E，Delley B，Schneider W D，Baer Y 1984 Phys. Rev. Lett. 53 202
[11]	］ Anderson P W 1961 Phys. Rev. 24 41
[12]	］ Mochizuki S 1982 Phys. Status Solidi B 114 189
[13]	］ Santha N I，Sebastian M T，Mohanan P，Alford N M，Sarma K，Pullar R C，Kamba S，Pashkin A，Samukhina P，Petzelt J 2004 J. Am. Ceram. Soc. 87 1233
[14]	］ Clausen K，Hayes W，Macdonald J E，Osborn R，Schnabel P G，Hutchings M T，Magerl A 1987 J. Chem. Soc.，Faraday Trans. 283 1109
[15]	］ Yamamoto T，Momida H，Hamada T，Uda T，Ohno T 2005 Thin Solid Films 486 136
[16]	］ Sevik C，aAgˇｌn T 2009 Phys. Rev. B 80 014108
[17]	］ Lu Z S，Luo G X，Yang Z X 2007 Acta Phys. Sin. 56 5382 (in Chinese) ［路战胜、罗改霞、杨宗献 2007 56 5382］
[18]	］ Wei Y W，Yang Z X 2008 Acta Phys. Sin. 57 7139 (in Chinese) ［魏彦嶶、杨宗献 2007 57 7139］
[19]	］ Blchl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953
[20]	］ Kresse G，Furthmüller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169
[21]	］ Perdew J P，Zunger A 1981 Phys. Rev. B 23 5048
[22]	］ Dudarev S L，Botton G A，Savrasov S Y，Humphreys C J，Sutton A P 1998 Phys. Rev. B 57 1505
[23]	］ Silva J L F D，Ganduglia-Pirovano M V，Sauer J，Bayer V，Kresse G 2007 Phys. Rev. B 75 045121
[24]	］ Fabris S，de Gironcoli S，Baroni S，Vicario G，Balducci G 2005 Phys. Rev. B 72 237102
[25]	］ Cococcioni M，de Gironcoli S 2005 Phys. Rev. B 71 035105
[26]	］ Wachter P 1982 Valence Instabilities edited by Wachter P and Boppart H (North-Holland，Amsterdam，1982) p145
[27]	］ Monkhorst H J，Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188
[28]	］ Methfessel M，Paxton A T 1989 Phys. Rev. B 40 3616
[29]	］ Blchl P E，Jepsen O，Andersen O K 1994 Phys. Rev. B 49 16223
[30]	］ Parlinski K，Li Z Q，Kawazoe Y 1997 Phys. Rev. Lett. 78 4063
[31]	］ Kunc K，Martin R 1982 Phys. Rev. Lett. 48 406
[32]	］ Gerward L，Olsen J S，Petit L，Vaitheeswaran G，Kanchana V，Svane A 2005 J. Alloys Compd. 400 56
[33]	］ Skorodumova N V，Ahuja R，Simak S I，Abrikosov I A，Johansson B，Lundqvist B I 2001 Phys. Rev. B 64 115108
[34]	］ Koelling D D，Boring A M，Wood J H 1983 Solid State Commun.47 227
[35]	］ Silvi B，Savin A 1994 Nature (London) 371 683
[36]	］ King-Smith R D，Vanderbilt D 1993 Phys. Rev. B 47 1651
[37]	］ Resta R 1994 Rev. Mod. Phys. 66 899
[38]	］ Guo S，Arwin H，Jacobsen S N，Jrrendahl K，Helmersson U 1995 J. Appl. Phys. 77 5369
[39]	］ Niwano M，Sato S，Koide T，Shidara，Fujimori A，Fukutani H，Shin S，Ishigame M 1988 J. Phys. Soc. Jpn. 57 1489
[40]	］ Ahuja R，Auluck S，Eriksson O，Wills J M，Johansson B 1996 Phys. Rev. B 54 10419
[41]	］ Dubinin A，Winkler B，Knorr K，Milman V 2004 Eur. J. Biochem. 39 27

施引文献

[1]	［1］ Park S，Vohs J M，Gorte R J 2000 Nature (London) 404 265
[2]	［2］ Dresselhaus M S，Thomas I L 2001 Nature (London) 414 332
[3]	［3］ Esch F，Fabris S，Zhou L，Montini T，Africh C，Fornasiero P，Comelli G，Rosei R 2005 Science 309 752
[4]	［4］ Fu Q，Saltsburg H，Flytzani-Stephanopoulos M 2003 Science 301 935
[5]	［5］ Deluga G A，Salge J R，Schmidt L D，Verykios X E 2004 Science 303 993
[6]	［6］ Inoue T，Yamamoto Y，Koyama S，Suzuki S，Ueda Y 1990 Appl. Phys. Lett. 56 1332
[7]	［7］ Marabelli M，Wachter P 1987 Phys. Rev. B 36 1238
[8]	［8］ Fujimori A 1983 Phys. Rev. B 27 3992
[9]	［9］ Normand F L，Fallah J E，Hiliaire L，Légaré P，Kotani A，Parlebas J C 1989 Solid State Commun. 71 885
[10]	］ Wuilloud E，Delley B，Schneider W D，Baer Y 1984 Phys. Rev. Lett. 53 202
[11]	］ Anderson P W 1961 Phys. Rev. 24 41
[12]	］ Mochizuki S 1982 Phys. Status Solidi B 114 189
[13]	］ Santha N I，Sebastian M T，Mohanan P，Alford N M，Sarma K，Pullar R C，Kamba S，Pashkin A，Samukhina P，Petzelt J 2004 J. Am. Ceram. Soc. 87 1233
[14]	］ Clausen K，Hayes W，Macdonald J E，Osborn R，Schnabel P G，Hutchings M T，Magerl A 1987 J. Chem. Soc.，Faraday Trans. 283 1109
[15]	］ Yamamoto T，Momida H，Hamada T，Uda T，Ohno T 2005 Thin Solid Films 486 136
[16]	］ Sevik C，aAgˇｌn T 2009 Phys. Rev. B 80 014108
[17]	］ Lu Z S，Luo G X，Yang Z X 2007 Acta Phys. Sin. 56 5382 (in Chinese) ［路战胜、罗改霞、杨宗献 2007 56 5382］
[18]	］ Wei Y W，Yang Z X 2008 Acta Phys. Sin. 57 7139 (in Chinese) ［魏彦嶶、杨宗献 2007 57 7139］
[19]	］ Blchl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953
[20]	］ Kresse G，Furthmüller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169
[21]	］ Perdew J P，Zunger A 1981 Phys. Rev. B 23 5048
[22]	］ Dudarev S L，Botton G A，Savrasov S Y，Humphreys C J，Sutton A P 1998 Phys. Rev. B 57 1505
[23]	］ Silva J L F D，Ganduglia-Pirovano M V，Sauer J，Bayer V，Kresse G 2007 Phys. Rev. B 75 045121
[24]	］ Fabris S，de Gironcoli S，Baroni S，Vicario G，Balducci G 2005 Phys. Rev. B 72 237102
[25]	］ Cococcioni M，de Gironcoli S 2005 Phys. Rev. B 71 035105
[26]	］ Wachter P 1982 Valence Instabilities edited by Wachter P and Boppart H (North-Holland，Amsterdam，1982) p145
[27]	］ Monkhorst H J，Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188
[28]	］ Methfessel M，Paxton A T 1989 Phys. Rev. B 40 3616
[29]	］ Blchl P E，Jepsen O，Andersen O K 1994 Phys. Rev. B 49 16223
[30]	］ Parlinski K，Li Z Q，Kawazoe Y 1997 Phys. Rev. Lett. 78 4063
[31]	］ Kunc K，Martin R 1982 Phys. Rev. Lett. 48 406
[32]	］ Gerward L，Olsen J S，Petit L，Vaitheeswaran G，Kanchana V，Svane A 2005 J. Alloys Compd. 400 56
[33]	］ Skorodumova N V，Ahuja R，Simak S I，Abrikosov I A，Johansson B，Lundqvist B I 2001 Phys. Rev. B 64 115108
[34]	］ Koelling D D，Boring A M，Wood J H 1983 Solid State Commun.47 227
[35]	］ Silvi B，Savin A 1994 Nature (London) 371 683
[36]	］ King-Smith R D，Vanderbilt D 1993 Phys. Rev. B 47 1651
[37]	］ Resta R 1994 Rev. Mod. Phys. 66 899
[38]	］ Guo S，Arwin H，Jacobsen S N，Jrrendahl K，Helmersson U 1995 J. Appl. Phys. 77 5369
[39]	］ Niwano M，Sato S，Koide T，Shidara，Fujimori A，Fukutani H，Shin S，Ishigame M 1988 J. Phys. Soc. Jpn. 57 1489
[40]	］ Ahuja R，Auluck S，Eriksson O，Wills J M，Johansson B 1996 Phys. Rev. B 54 10419
[41]	］ Dubinin A，Winkler B，Knorr K，Milman V 2004 Eur. J. Biochem. 39 27

[1]	李发云, 杨志雄, 程雪, 甄丽营, 欧阳方平. 单层缺陷碲烯电子结构与光学性质的第一性原理研究. , 2021, 70(16): 166301. doi: 10.7498/aps.70.20210271
[2]	赵玉娜, 丛红璐, 成爽, 于娜, 高涛, 马俊刚. 第一性原理研究Li₂NH的晶格动力学和热力学性质. , 2019, 68(13): 137102. doi: 10.7498/aps.68.20190139
[3]	吕常伟, 王臣菊, 顾建兵. 高温高压下立方氮化硼和六方氮化硼的结构、力学、热力学、电学以及光学性质的第一性原理研究. , 2019, 68(7): 077102. doi: 10.7498/aps.68.20182030
[4]	骆最芬, 岑伟富, 范梦慧, 汤家俊, 赵宇军. BiTiO3电子结构及光学性质的第一性原理研究. , 2015, 64(14): 147102. doi: 10.7498/aps.64.147102
[5]	程和平, 但加坤, 黄智蒙, 彭辉, 陈光华. 黑索金电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2013, 62(16): 163102. doi: 10.7498/aps.62.163102
[6]	焦照勇, 郭永亮, 牛毅君, 张现周. 缺陷黄铜矿结构Xga2S4 (X=Zn, Cd, Hg)晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2013, 62(7): 073101. doi: 10.7498/aps.62.073101
[7]	杨春燕, 张蓉, 张利民, 可祥伟. 0.5NdAlO3-0.5CaTiO3电子结构及光学性质的第一性原理计算. , 2012, 61(7): 077702. doi: 10.7498/aps.61.077702
[8]	宋庆功, 刘立伟, 赵辉, 严慧羽, 杜全国. YFeO3的电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2012, 61(10): 107102. doi: 10.7498/aps.61.107102
[9]	杜玉杰, 常本康, 张俊举, 李飙, 王晓晖. GaN(0001)表面电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2012, 61(6): 067101. doi: 10.7498/aps.61.067101
[10]	邓娇娇, 刘波, 顾牡, 刘小林, 黄世明, 倪晨. 伽马CuX(X=Cl,Br,I)的电子结构和光学性质的第一性原理计算. , 2012, 61(3): 036105. doi: 10.7498/aps.61.036105
[11]	陈海川, 杨利君. LiGaX2(X=S, Se, Te)的电子结构,光学和弹性性质的第一性原理计算. , 2011, 60(1): 014207. doi: 10.7498/aps.60.014207
[12]	焦照勇, 杨继飞, 张现周, 马淑红, 郭永亮. 闪锌矿GaN弹性性质、电子结构和光学性质外压力效应的理论研究. , 2011, 60(11): 117103. doi: 10.7498/aps.60.117103
[13]	忻晓桂, 陈香, 周晶晶, 施思齐. LiFePO4 晶格动力学性质的第一性原理研究. , 2011, 60(2): 028201. doi: 10.7498/aps.60.028201
[14]	李雪梅, 韩会磊, 何光普. LiNH2 的晶格动力学、介电性质和热力学性质第一性原理研究. , 2011, 60(8): 087104. doi: 10.7498/aps.60.087104
[15]	陈秋云, 赖新春, 王小英, 张永彬, 谭世勇. UO2的电子结构及光学性质的第一性原理研究. , 2010, 59(7): 4945-4949. doi: 10.7498/aps.59.4945
[16]	梁伟华, 丁学成, 褚立志, 邓泽超, 郭建新, 吴转花, 王英龙. 镍掺杂硅纳米线电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2010, 59(11): 8071-8077. doi: 10.7498/aps.59.8071
[17]	汪志刚, 张杨, 文玉华, 朱梓忠. ZnO原子链的结构稳定性和电子性质的第一性原理研究. , 2010, 59(3): 2051-2056. doi: 10.7498/aps.59.2051
[18]	张学军, 高攀, 柳清菊. 氮铁共掺锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2010, 59(7): 4930-4938. doi: 10.7498/aps.59.4930
[19]	郭建云, 郑广, 何开华, 陈敬中. Al，Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究. , 2008, 57(6): 3740-3746. doi: 10.7498/aps.57.3740
[20]	潘洪哲, 徐明, 祝文军, 周海平. β-Si3N4电子结构和光学性质的第一性原理研究. , 2006, 55(7): 3585-3589. doi: 10.7498/aps.55.3585

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