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钼酸铅晶体点缺陷及其色心电子态研究

作　者: 陈建玉
导　师: 张启仁
学　校: 上海理工大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 钼酸铅晶体 GULP,DV-Xα和CASTEP 计算软件 F型色心 填隙氧 电子结构
分类号: O773
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 41次
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内容摘要


钼酸铅PbMoO4（PMO）晶体是一种性能优良的声光晶体材料,广泛应用于声光偏转器、声光调制器、离子导体等各类声光器件中,近年来,作为非常有潜力的低温闪烁材料在核仪器中的应用也引起了广泛关注。然而晶体存在的光色效应限制了晶体的应用。但到目前为止,人们对该晶体的辐照诱导色心吸收带的起源问题仍存在不同的观点,因此,研究PMO晶体色心吸收的起因成为关键性问题。空气中初始生长的PMO晶体呈淡黄色,这种颜色与晶体中430 nm的吸收有关。着色PMO晶体经紫外辐照后呈现三个峰值在390, 435和580 nm的吸收带,该过程可逆,在温度625K下退火,着色晶体可以恢复到初始状态,该现象称为光色效应。空气中初始生长的PMO晶体的淡黄色和光色效应限制了其在光学仪器工程中的应用,要抑制这些不利现象,首先需要了解PMO晶体中本征缺陷引起的吸收带,从而改进晶体生长技术,提高PMO晶体的性能。针对以上吸收带,曾提出过多种色心模型,但是由于这些色心模型都是间接推导出来的,缺乏直接的实验依据,甚至电子自旋共振也不能确定晶体中的缺陷结构,因此这些缺陷模型均没有被一致认可。本文利用计算机模拟技术,针对PMO晶体中的点缺陷进行了一系列的研究工作。内容主要由五部分组成:PMO晶体研究背景介绍（第一章）;计算机模拟计算的理论基础（第二章）;用GULP软件对PMO晶体中可能存在点缺陷的模拟计算（第三章）;用DV-Xα软件对PMO晶体中可能存在点缺陷的模拟计算（第四章）;用CASTEP软件对PMO晶体中铅空位的模拟计算（第五章）。第一章,绪论,主要阐述了PMO晶体研究背景、最新研究进展和本文将要进行的研究内容。第二章,简述密度泛函理论,并对GULP、DV-Xα和CASTEP计算软件作简单介绍。第三章,在PbWO4（PWO）晶体离子间势参数的基础上,拟合出PMO晶体离子间的势参数,利用这些参数计算了不同点缺陷的生成能。计算结果发现:PMO晶体中的铅空位和氧空位主要以铅氧空位对形式存在,铅氧空位对的打开和闭合可能是PMO晶体光色效应的起因。第四章,用DV-Xα软件进行的模拟计算,由三部分组成:1)研究了PMO晶体中的F型色心,发现晶体中580 nm的吸收带起源于F心和F+心的吸收。2)研究了PMO晶体中可能存在的填隙氧原子对晶体光学性质的影响,研究结果表明填隙氧原子与离它最近的两个正常格位上的氧离子结合,形成氧分子离子O34-,并可能引起PMO晶体中430 nm的吸收。3)研究了PMO晶体中可能存在的杂质Mn离子,研究结果发现,PMO晶体的淡黄色和光色效应可能都是由Mn离子引起的。第五部分,用CASTEP软件计算了PMO晶体中的铅空位,发现光色效应引起的峰值在390 , 430和580 nm的吸收带可能与晶体中的铅空位有关。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 引言  10
  1.2 钼酸铅晶体的结构  10-11
  1.3 PMO的研究现状及该领域目前国内外的先进水平  11-13
    1.3.1 已提出的缺陷模型  12
    1.3.2 化学计量比和退火处理对晶体的影响  12-13
  1.4 本工作的目的任务  13-15
第二章 模拟计算的基础知识  15-29
  2.1 密度泛函理论基本原理  15-16
  2.2 HOHENBERG-KOHN定理  16
  2.3 KOHN-SHAM方法  16-17
  2.4 GULP计算软件介绍  17-20
    2.4.1 Mott-Littleton法  18
    2.4.2 离子间互作用势的确定  18-20
  2.5 离散变分XΑ方法  20-25
    2.5.1 解Kohn-Sham方程  20-21
    2.5.2 基组  21
    2.5.3 数值积分  21-23
    2.5.4 过渡态方法  23-24
    2.5.5 相对论效应  24
    2.5.6 DV-Xα软件简介  24-25
  2.6 赝势方法  25-27
    2.6.1 赝势的导出  25-26
    2.6.2 赝势的导出  26-27
  2.7 CASTEP程序简介  27-29
第三章 GULP软件对PMO晶体中可能存在点缺陷的模拟计算  29-36
  3.1 原理和方法  29-30
  3.2 势参数的拟合  30-32
  3.3 缺陷的计算机模拟  32-35
    3.3.1 本征缺陷形成能的模拟计算  32-33
    3.3.2 本征缺陷簇的稳定性  33-35
  3.4 结论  35-36
第四章 DV-XΑ软件对PMO晶体中可能存在点缺陷的模拟计算  36-49
  4.1 F 和 F+ 心的模拟计算  36-41
    4.1.1 团簇的选取和计算方法  36-37
    4.1.2 计算结果与讨论  37-40
    4.1.3 结论  40-41
  4.2 填隙氧原子的模拟计算  41-45
    4.2.1 模拟计算方法  41-42
    4.2.2 计算结果与讨论  42-44
    4.2.3 结论  44-45
  4.3 PMO晶体中可能存在的MN离子的计算  45-49
    4.3.1 计算方法和团簇的选取  45-46
    4.3.2 计算结果与讨论  46-48
    4.3.3 结论  48-49
第五章 用CASTEP软件对PMO晶体中铅空位的模拟计算  49-55
  5.1 计算方法  49-50
    5.1.1 团簇的选取  49
    5.1.2 计算方法  49-50
  5.2 结果和讨论  50-53
    5.2.1 电子结构研究  50-52
    5.2.2 吸收光谱研究  52-53
  5.3 结论  53-55
第六章 结论  55-56
参考文献  56-60
在读期间公开发表的论文  60-61
致谢  61-62
作者简历  62

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中图分类: > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体缺陷 > 色心
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