HfO₂铁电相与四方相转变关系的第一性原理研究

叶飞^1,2，肖海珠¹，周大雨^1,2

1. 大连理工大学材料科学与工程学院2. 大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室

摘 要：基于密度泛函理论的缀加平面波方法计算了HfO2的正交相Pca21和四方相P42/nmc,其中正交相具有铁电性质。计算结果表明,在晶体结构方面,HfO2正交相和四方相都具有类萤石结构特征,并且从四方相P42/nmc到正交相Pca21的转变过程中单胞变形<3.75%;在电子结构方面,通过四方相到正交相的结构转变,Hf的5d和O的2p、2s的杂化效应增强,同时这些电子态向低能移动,使正交相的相对能量低于四方相。这些研究结果证实了HfO2具有铁电性质的Pca21正交相是一种稳定的相结构,并解释了从P42/nmc四方相到Pca21正交相的转变关系。

关键词：HfO2;密度泛函理论;铁电相;电子结构;