Sr₂ReNbO₆双钙钛矿电子结构及性质的第一性原理研究

摘要

基于密度泛函理论（DFT），采用Perdew–Burke–Ernzerhof交换关联势的PBEsol–GGA泛函优化Sr₂ReNbO₆（Re=La, Gd,Lu）双钙钛矿晶体的结构，获得最低能量的稳定结构。以优化的结构为模型，计算Sr₂ReNbO₆（Re=La, Gd, Lu）晶体的能带结构和态密度（DOS）、复介电函数ε（ω）、折射率n（ω）、反射率R（ω）及消光系数k（ω）等光学特性指标，分析入射光子能量对材料光学特性的影响；计算Sr₂ReNbO₆（Re=La, Gd, Lu）晶体的弹性常数C_ij，并由C_ij进一步获得杨氏模量（Y）、体积模量（B）、剪切模量（G）和泊松比（χ）等机械特性指标，分析晶体结构对材料机械特性的影响。结果表明：优化双钙钛矿晶体结构获得的晶格常数与现有的实验值吻合较好；Sr₂ReNbO₆（Re=La, Gd, Lu）材料的能带结构呈现半导体特性，其中立方结构的Sr₂LaNbO₆带隙宽度为3.12 eV，且为直接带隙，而单斜结构的Sr₂GdNbO₆和Sr₂LuNbO₆为间接带隙，带隙宽度分别为3.25,3.29 eV;Sr₂ReNbO₆（Re=La, Gd, Lu）的最大反射率R（ω）分别为32.8%,29.3%,33.0%，在紫外区域存在较大的吸收系数；Sr₂ReNbO₆（Re=La, Gd, Lu）的泊松比χ分别为0.27,0.28,0.27，均位于0.25附近，该系列材料的原子更倾向于以离子键的形式结合，表现出一定的柔韧性。

关键词

双钙钛矿 / 第一性原理计算 / 电子结构 / 光学性质 / 机械特性 / 太阳能电池