Ab initio calculations of structural, electronic and vibrational properties of BaTiO3 and SrTiO3 perovskite crystals with oxygen vacancies

Анотація

Виконано розрахунки з перших принципів (ab initio) структурних, електронних і фононних властивостей кубічних та низькотемпературних тетрагональних фаз кристалів перовскитів BaTiO₃ і SrTiO₃ як стехіометричних, так і нестехіометричних (з нейтральними кисневими вакансіями). Для розрахунків використано комп’ютерний код CRYSTAL17 у наближенні лінійної комбінації атомних орбіталей із застосуванням розширеного гібридного обмінно-кореляційного функціоналa B1WC з теорії функціонала щільності (DFT), а також підходу з використанням періодичної суперкомірки. Розглянуто різні можливі спінові стани дефектної системи за допомогою необмежених (з відкритою оболонкою) DFT-розрахунків. Показано, що зменшення кисню призводить до появи нових локальних коливальних мод, пов’язаних з кисневими вакансіями, а також нових піків першого порядку в спектрах комбінаційного розсіювання світла, які можуть бути використані для ідентифікації дефектів. Розраховані спектри комбінаційного розсіювання світла для різних положень вакансій і спінів системи, а також інші властивості дефектних кристалів порівнюються з відповідними експериментальними даними.