模擬晶體內(nèi)小概率原子電輸運(yùn)轉(zhuǎn)變的二維數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及模擬晶體內(nèi)小概率原子電輸運(yùn)轉(zhuǎn)變的二維數(shù)據(jù)處理方法,該方法利用依據(jù)虛擬晶格近似在鐵酸鉍的晶體學(xué)位置上進(jìn)行摻雜,得到鐵酸鉍晶體材料的晶體結(jié)構(gòu)模型;利用量子化學(xué)的方法,根據(jù)不同摻雜量的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)模型模擬體系的電子結(jié)構(gòu),計算各個原子的局域態(tài)密度,得到局域態(tài)密度隨不同的摻雜量的變化趨勢;利用MATLAB軟件,在費(fèi)米面附件對微量摻雜元素的原子軌道的局域態(tài)密度數(shù)據(jù)進(jìn)行二維可視化數(shù)據(jù)處理,得到局域態(tài)密度對不同摻雜比例的敏感程度以及相互作用的變化趨勢;分析同步譜對應(yīng)的異步譜的變化趨勢得到鐵酸鉍內(nèi)電輸運(yùn)的的機(jī)制。該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比:具有可視化程度高,分辨率高,重復(fù)性高以及高效等優(yōu)點(diǎn),通過該方法明確清晰得到鐵酸鉍內(nèi)小概率原子占位引起電輸運(yùn)的轉(zhuǎn)變機(jī)制。
【專利說明】 模擬晶體內(nèi)小概率原子電輸運(yùn)轉(zhuǎn)變的二維數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬晶體內(nèi)小概率原子電輸運(yùn)轉(zhuǎn)變的二維數(shù)據(jù)處理方法,屬于無機(jī)材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前針對無機(jī)晶體材料的物理性能的研究,目前主要集中在其電學(xué)性能、磁學(xué)性能以及催化等方面。1993年J.Tfipfer,在NiMn2O4尖晶石晶體中摻雜Cu,提出在CuxNiMrvxOj系中,隨著Cu2+濃度的增大,Cu2+逐漸進(jìn)入八面體間隙,不僅使得Mn2+歧化,而且還參加Mn3+/Mn4+之間的跳躍過程,使得電導(dǎo)率明顯增大。2007年Li等人研究了 Cr摻雜對鈣鈦礦晶體的影響,表明Cr摻雜增強(qiáng)了 BiFeO3基體的磁化強(qiáng)度,他們認(rèn)為磁性的增強(qiáng)來源于Fe3+和Cr 3+離子的超交換作用以及氧空位的影響。2008年,cheng等研究了 Co4+摻雜燒綠石結(jié)構(gòu)錫酸憫在甲烷催化燃燒活性,表明隨著La 2CoxSn2_x07-s中Co含量的增加,在樣品中形成了氧空位,改善了樣品的還原和再氧化性能,從而增強(qiáng)了甲烷燃燒反應(yīng)的催化能力。因此,得到晶體材料的電子輸運(yùn)機(jī)制,就能解釋晶體材料表現(xiàn)出的特殊性能。
[0003]以上研究都是通過實(shí)驗(yàn)得到晶體材料的不同性能,進(jìn)而解釋晶體的電輸運(yùn)機(jī)制,然而微量摻雜引起的電子結(jié)構(gòu)變化是微弱的,往往會被人們所忽視。因此,找到一種簡單、分辨率高,能有效反應(yīng)小概率原子占位引起電輸運(yùn)機(jī)制轉(zhuǎn)變的處理方法仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的在于,提供一種模擬晶體內(nèi)小概率原子占位引起電輸運(yùn)機(jī)制轉(zhuǎn)變的二維數(shù)據(jù)處理方法,該方法利用依據(jù)虛擬晶格近似在鐵酸鉍的晶體學(xué)位置上進(jìn)行摻雜,得到鐵酸鉍晶體材料的晶體結(jié)構(gòu)模型;利用量子化學(xué)的方法,根據(jù)不同摻雜量的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)模型模擬體系的電子結(jié)構(gòu),計算各個原子的局域態(tài)密度,得到局域態(tài)密度隨不同的摻雜量的變化趨勢;利用MATLAB軟件,在費(fèi)米面附件對微量摻雜元素的原子軌道的局域態(tài)密度數(shù)據(jù)進(jìn)行二維可視化數(shù)據(jù)處理,得到局域態(tài)密度對不同摻雜比例的敏感程度以及相互作用的變化趨勢;分析同步譜對應(yīng)的異步譜的變化趨勢得到鐵酸鉍內(nèi)電輸運(yùn)的的機(jī)制。該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比:具有可視化程度高,分辨率高,重復(fù)性高以及高效等優(yōu)點(diǎn),通過該方法明確清晰得到鐵酸鉍內(nèi)小概率原子占位引起電輸運(yùn)的轉(zhuǎn)變機(jī)制。
[0005]本發(fā)明所述的一種模擬晶體內(nèi)小概率原子電輸運(yùn)轉(zhuǎn)變的二維數(shù)據(jù)處理方法,按下列步驟進(jìn)行:
a、利用虛擬晶格近似在鐵酸鉍晶體學(xué)位置上以摩爾比5-95%進(jìn)行摻雜,利用于分子動力學(xué)對微量摻雜的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行弛豫與優(yōu)化,得到摩爾比5-95%摻雜比例下的鐵酸秘晶體結(jié)構(gòu)1?型;
b、利用量子化學(xué)的方法模擬鐵酸鉍晶體的微摻雜量的電子結(jié)構(gòu),計算出摩爾比5-95%摻雜比列下鐵酸鉍晶體中各個原子軌道的局域態(tài)密度,得到局域態(tài)密度隨摻雜量升高的變化趨勢; C、利用MATLAB軟件,利用二維相關(guān)分析在費(fèi)米面附件對各個原子的局域態(tài)密度數(shù)據(jù)進(jìn)行二維同步可視化處理,得到局域態(tài)密度對不同摻雜比列的敏感程度以及相互作用的變化趨勢;
d、對同步譜進(jìn)一步二維異步化處理,在費(fèi)米面附近局域態(tài)密度變化明顯的能量范圍內(nèi),分析異步譜和對應(yīng)同步譜,即可得到在摩爾比5-95%摻雜比列下鐵酸鉍晶體內(nèi)小概率原子占位引起電輸運(yùn)的轉(zhuǎn)變機(jī)制。
[0006]本發(fā)明所述的一種模擬鐵酸鉍晶體內(nèi)小概率原子電輸運(yùn)轉(zhuǎn)變的二維數(shù)據(jù)處理方法,該方法分四步進(jìn)行,第一步:利用依據(jù)虛擬晶格近似在鐵酸鉍晶體學(xué)位置上以5% - 95%的比例進(jìn)行摻雜,得到鐵酸鉍晶體材料的晶體結(jié)構(gòu)模型;第二步:利用量子化學(xué)的方法,根據(jù)不同摻雜量的晶體結(jié)構(gòu)模型模擬體系的電子結(jié)構(gòu),計算各個原子的局域態(tài)密度(PD0S),得到局域態(tài)密度(PDOS)隨不同的摻雜量的變化趨勢;第三步:借助于MATLAB軟件,利用2D-CA (二維相關(guān)分析)在費(fèi)米面附件對微量摻雜元素的原子軌道的局域態(tài)密度(PDOS)數(shù)據(jù)進(jìn)行二維可視化數(shù)據(jù)處理,得到局域態(tài)密度(PDOS)對不同摻雜比例的敏感程度以及相互作用的變化趨勢;第四步:分析同步譜對應(yīng)的異步譜的變化趨勢得到鐵酸鉍晶體內(nèi)電輸運(yùn)的的機(jī)制。該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比:具有可視化程度聞,分辨率聞,重復(fù)性聞以及聞效等優(yōu)點(diǎn),通過該方法明確清晰得到鐵酸鉍晶體內(nèi)小概率原子占位引起電輸運(yùn)的轉(zhuǎn)變機(jī)制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明利用虛擬晶格近似(VCA)方法,利用量子化學(xué)模擬計算了在BiFeO3的氧位上以5% - 95%的比例摻雜硫后,各個原子的局域態(tài)密度圖,以及對應(yīng)能量范圍內(nèi)局域態(tài)密度的同步、異步可視化處理圖,其中(1),(2)對應(yīng)于B1-2P在-1eV-1eV能量區(qū)域的同步譜和異步譜;(3),(4)對應(yīng)于Fe-3d在-1eV-1eV能量區(qū)域的同步譜和異步譜;(5),(6)對應(yīng)于0-2P在-1eV-1eV能量區(qū)域的同步譜和異步譜;
圖2為本發(fā)明利用虛擬晶格近似(VCA)方法,在,借助量子化學(xué)模擬計算了在BiFeOjA氧位上以5% - 95%的比例摻雜碳后,各個原子的局域態(tài)密度圖,以及對應(yīng)能量范圍內(nèi)局域態(tài)密度的同步、異步可視化處理圖,其中(1),(2)對應(yīng)于B1-2P在-1eV-1eV能量區(qū)域的同步譜和異步譜;(3),(4)對應(yīng)于Fe-3d在-1eV-1eV能量區(qū)域的同步譜和異步譜;(5),(6)對應(yīng)于0-2P在-1eV-1eV能量區(qū)域的同步譜和異步譜;
圖3為本發(fā)明利用虛擬晶格近似(VCA)方法,在,借助量子化學(xué)模擬計算了在BiFeOjA氧位上以5% - 95%的比例摻雜磷后,各個原子的局域態(tài)密度圖,以及對應(yīng)能量范圍內(nèi)局域態(tài)密度的同步、異步可視化處理圖,其中(1),(2)對應(yīng)于B1-2P在-1eV-1eV能量區(qū)域的同步譜和異步譜;(3),(4)對應(yīng)于Fe-3d在-1eV-1eV能量區(qū)域的同步譜和異步譜;(5),(6)對應(yīng)于0-2P在-1eV-1eV能量區(qū)域的同步譜和異步譜。
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例1
利用虛擬晶格近似(VCA)在鐵酸鉍的氧位上以摩爾比5-95%的比例摻雜非金屬硫(S)元素,借助于分子動力學(xué)理論對摻雜后的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行弛豫與優(yōu)化,得到硫元素不同摻雜比例下的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)模型; 利用弛豫與優(yōu)化后的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)模型,借助于量子化學(xué)的方法,計算81?^3在不同摻雜比列下鐵酸鉍晶體中各個原子軌道(B1-2p,F(xiàn)e-3d, 0_2p)的局域態(tài)密度(PDOS),得到局域態(tài)密度(PDOS)隨摻雜量改變的變化趨勢;
利用MATLAB軟件,再利用2D-CA (二維相關(guān)分析)在費(fèi)米面附近-1eV-1eV,B1-2p,Fe-3d, 0_2p原子軌道的局域態(tài)密度(PDOS)數(shù)據(jù),在同步譜中明顯看到在Bi_2p的-0.8eV,0.8eV ;Fe_3d的0.3eV ;0_2p的0.2eV的局域態(tài)密度(PDOS)發(fā)生明顯變化,表明在該能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)隨易受摻雜量的影響,在B1-2p的(-0.8eV,0.8eV);Fe_3d的中(IeV, -0.5eV) ;0_2p (leV,_0.6eV)相交處交叉峰為正,表明能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)變化趨勢相同;
對同步譜進(jìn)一步進(jìn)行異步化處理,在異步譜中明顯看到B1-2p的(IeV, 0.4eV);Fe_3d的(0.7eV’0eV) ;0_2p的(leV,0.2eV)處的異步交叉峰為正,對應(yīng)的同步譜均為正,表明該能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)變化前者優(yōu)先于后者,B1-2p的(leV,0.6eV),(-0.1eV, -0.9eV) ;Fe_3d 的(OeV,-0.5eV) ;0_2p 的(_0.1eV, -0.5eV)處的異步交叉峰為負(fù),對應(yīng)的同步譜均為正,表明該能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)變化前者滯后于后者,由此可以判斷各個原子軌道的局域態(tài)密度(PDOS)的變化趨勢,進(jìn)而得到在不同的硫摻雜比例下電輸運(yùn)特性;從圖1中可以看出BiFeO3的局域態(tài)密度(PDOS)隨硫原子摻雜量不斷升高的變化趨勢。
[0009]實(shí)施例2
利用虛擬晶格近似(VCA)在鐵酸鉍的氧位上以摩爾比5% - 95%的比例摻雜非金屬碳元素,借助于分子動力學(xué)理論對摻雜后的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行弛豫與優(yōu)化,得到硫元素不同摻雜比例下的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)模型;
利用弛豫與優(yōu)化后的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)模型,借助于量子化學(xué)的方法,計算81?^3在不同摻雜比列下鐵酸鉍晶體中各個原子軌道(B1-2p,F(xiàn)e-3d, 0_2p)的局域態(tài)密度(PD0S),得到局域態(tài)密度(PDOS)隨摻雜量改變的變化趨勢;
利用MATLAB軟件,再利用2D-CA (二維相關(guān)分析)在費(fèi)米面附近-1eV-1eV,B1-2p,Fe-3d, 0_2p原子軌道的局域態(tài)密度(PDOS)數(shù)據(jù),在同步譜中明顯看到在Bi_2p的0.6eV,IeV ;Fe_3d的0.5eV ;0_2p的0.5eV的局域態(tài)密度(PDOS)發(fā)生明顯變化,表明在該能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)隨易受摻雜量的影響,在B1-2p的(0.6eV, -0.8eV);Fe_3d的中(0.8eV,-0.5eV) ;0_2p (leV,_0.4eV)相交處交叉峰為正,表明能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)變化趨勢相同;
對同步譜進(jìn)一步進(jìn)行異步化處理,在異步譜中明顯看到B1-2p的(leV, -0.6eV),(-0.2eV, -0.5eV) ;Fe_3d 的(0.8eV, OeV), (0.5eV, -leV) ;0_2p 的(leV, OeV),(-0.4eV,-leV)處的異步交叉峰為正,對應(yīng)的同步譜均為正,表明該能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)變化前者優(yōu)先于后者,B1-2p 的(-0.2eV,-0.5eV);Fe-3d 的(0.1eV, 0.5eV);0-2p的(0.1eV,0.5eV)處的異步交叉峰為負(fù),對應(yīng)的同步譜均為正,表明該能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)變化前者滯后于后者,由此可以判斷各個原子軌道的局域態(tài)密度(PDOS)的變化趨勢,進(jìn)而得到在不同的碳摻雜比例下電輸運(yùn)特性,從圖2中可以看出BiFeOj^局域態(tài)密度(PDOS)隨碳原子摻雜量不斷升高的變化趨勢。
[0010]實(shí)施例3 利用虛擬晶格近似(VCA)在鐵酸鉍的氧位上以摩爾比5% - 95%的比例摻雜非金屬磷元素,借助于分子動力學(xué)理論對摻雜后的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行弛豫與優(yōu)化,得到硫元素不同摻雜比例下的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)模型;
利用弛豫與優(yōu)化后的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)模型,借助于量子化學(xué)的方法,計算81?^3在不同摻雜比列下鐵酸鉍晶體中各個原子軌道(B1-2p,F(xiàn)e-3d, 0_2p)的局域態(tài)密度(PDOS),得到局域態(tài)密度(PDOS)隨摻雜量改變的變化趨勢;
利用MATLAB軟件,再利用2D-CA (二維相關(guān)分析)在費(fèi)米面附近-1eV-1eV,B1-2p,Fe-3d, 0_2p原子軌道的局域態(tài)密度(PDOS)數(shù)據(jù),在同步譜中明顯看到在Bi_2p的0.4eV,IeV ;Fe_3d的0.3eV ;0_2p的0.1eV的局域態(tài)密度(PDOS)發(fā)生明顯變化,表明在該能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)隨易受摻雜量的影響,在B1-2p的(0.6eV,0.8eV);Fe_3d的中(leV, 0.3eV) ;0_2p (leV,0.2eV)相交處交叉峰為正,表明能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)變化趨勢相同;
對同步譜進(jìn)一步進(jìn)行異步化處理,在異步譜中明顯看到B1-2p的(0.7eV, -1eV),(0.4eV,0.4eV) ;Fe_3d 的(leV,_0.3eV), (_0.3eV, _0.7eV) ;0_2p 的(leV,0.2eV)處的異步交叉峰為正,對應(yīng)的同步譜均為正,表明該能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)變化前者優(yōu)先于后者,B1-2p 的(_leV,0.2eV) ;Fe-3d 的(0.1eV, -0.3eV) ;0_2p 的(0.6eV,0.3eV),(-0.leV,-0.4eV)處的異步交叉峰為負(fù),對應(yīng)的同步譜均為正,表明該能量范圍內(nèi)的局域態(tài)密度(PDOS)變化前者滯后于后者,由此可以判斷各個原子軌道的局域態(tài)密度(PDOS)的變化趨勢,進(jìn)而得到在不同的磷摻雜比例下電輸運(yùn)特性,從圖3中可以看出BiFeOj^局域態(tài)密度(PDOS)隨磷原子摻雜量不斷升高的變化趨勢。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬晶體內(nèi)小概率原子電輸運(yùn)轉(zhuǎn)變的二維數(shù)據(jù)處理方法,其特征在于按下列步驟進(jìn)行: a、利用虛擬晶格近似在鐵酸鉍晶體學(xué)位置上以摩爾比5-95%進(jìn)行摻雜,利用于分子動力學(xué)對微量摻雜的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行弛豫與優(yōu)化,得到摩爾比5-95%摻雜比例下的鐵酸鉍晶體結(jié)構(gòu)模型; b、利用量子化學(xué)的方法模擬鐵酸鉍晶體的微摻雜量的電子結(jié)構(gòu),計算出摩爾比5-95%摻雜比列下鐵酸鉍晶體中各個原子軌道的局域態(tài)密度,得到局域態(tài)密度隨摻雜量升高的變化趨勢; c、利用MATLAB軟件,利用二維相關(guān)分析在費(fèi)米面附件對各個原子的局域態(tài)密度數(shù)據(jù)進(jìn)行二維同步可視化處理,得到局域態(tài)密度對不同摻雜比列的敏感程度以及相互作用的變化趨勢; d、對同步譜進(jìn)一步二維異步化處理,在費(fèi)米面附近局域態(tài)密度變化明顯的能量范圍內(nèi),分析異步譜和對應(yīng)同步譜,即可得到在摩爾比5-95%摻雜比列下鐵酸鉍晶體內(nèi)小概率原子占位引起電輸運(yùn)的轉(zhuǎn)變機(jī)制。
【文檔編號】G06F19/00GK104462864SQ201510010979
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2015年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月10日
【發(fā)明者】邊亮, 宋綿新, 徐金寶, 董發(fā)勤, 李偉民, 常愛民, 李海龍, 王磊, 張曉艷, 侯文平 申請人:中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所