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第一性原理计算探索冲击压缩下AlO电学、光学性质变化和MgO电学性质变化的机理

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第一章概述

1.1研究背景和意义

1.2Al2O3的研究现状

1.3 MgO研究现状

1.4有待解决的问题及本文研究思路

第二章理论基础与软件介绍

2.1第一性原理方法介绍

2.2第一性原理计算输出结果介绍

2.3 CASTEP软件介绍

第三章 高压下空位对Al2O3电学、光学性质的影响

3.1概述

3.2物理模型与计算设置

3.3计算结果与讨论

3.3.1氧空位对Al2O3电学、光学性质影响

3.3.2铝空位对Al2O3电学和光学性质的影响

3.3.3不同V0+2浓度对Al2O3电学和光学性质的影响

3.3.4温度及其他计算参数的影响

3.4高压下氧间隙对Al2O3电学、光学性质的影响

3.5本章小节

第四章 高压下MgO电导率突变起因分析

4.1概述

4.2模型建立及计算设置

4.3结果及讨论

4.4本章小节

结语

参考文献

致谢

在校期间的科研成果

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摘要

冲击压缩实验观察到Al2O3在131.2Gpa压力附近出现了电导率突增阳光学透明性下降的实验现象,以及MgO电导率在90Gpa附近的突增的反常现象。为了给这些现象以合理的解释,本文运用第一性原理方法,结合CASTEP软件,模拟了压力下空位对Al2O3和MgO电子能带结构和光学吸收性质的影响,以此探索冲击压缩下Al2O3和MgO光学和电学性质变化的机理。 本部分的主要工作和结果和结论如下: 一:基于密度泛函理论,计算了空位(V00、V0+1、V0+2、VA10、VA1-1、VA1-2)和氧间隙原子在不同情况下(同一压力,不同类型空位;同一类型空位,不同空位浓度)对Al2O3电子能带结构和光学性质的影响。 由分析得出的结论是: 1,V0+2价氧空位可能是导致实验所观测到的蓝宝石光学透明性在130-172GPa范围内降低起因。 2,在131.2GPa压力下,随着+2价氧空位浓度的升高,会出现Al2O3的电导率逐渐升高和光学吸收边蓝移的现象。 3,含间隙中性氧原子模型结构不稳定,氧、铝间隙原子在高温压条件下很难在材料内部保持。 4,推测在一定条件下空位浓度的聚集也有可能是引起Al2O3电导率增加的原因。 二:计算了MgO理想晶体在105GPa压力范围内的电子能带结构,和90GPa压力下氧空位对MgO能带结构的影响。结果表明: 1,压力增加引起能隙的降低,不能解释实验上观测到的氧化镁电导率在90Gpa附近突增的现象; 2,中性氧空位点缺陷可能是引起MgO电阻率突降的一个物理机制。

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