First-principles study of BiFeO3and BaTiO3in tetragonal structure

四方晶系 铁电性 材料科学 凝聚态物理 反铁磁性 密度泛函理论 带隙 铁磁性 半导体 混合功能 极化(电化学) 电子结构 相(物质) 光电子学 物理 电介质 化学 量子力学 物理化学
作者
Akbar Ali,Imad Khan,Zahid Ali,Fawad Khan,Iftikhar Ahmad
出处
期刊:International Journal of Modern Physics B [World Scientific]
卷期号:33 (21): 1950231-1950231 被引量:47
标识
DOI:10.1142/s021797921950231x
摘要

Structural, electronic, magnetic and mechanical properties of the perovskites BiFeO 3 (BFO) and BaTiO 3 (BTO) are investigated using density functional theory (DFT). Structural and mechanical parameters are calculated using generalized gradient approximation (GGA) and the results consistent with the available literature. The stable magnetic phases are achieved by optimizing total energies versus volumes of the cells in different magnetic configurations such as nonmagnetic (NM), ferromagnetic (FM) and antiferromagnetic (AFM). BTO is found to be NM while BFO favors G-type AFM (G-AFM) phase. The electronic properties are investigated using GGA, GGA with Hubbard potential (GGA[Formula: see text]+[Formula: see text]U) and modified Becke–Johnson (GGA-mBJ) exchange–correlation functionals. BFO is found to be a direct bandgap semiconductor having gap energy value 3.0 eV whereas BTO is an indirect semiconductor with bandgap energy 2.9 eV. Spin–orbit coupling effect is dominant in BFO due to the larger size of A-site cation. The electrical polarization shows that both the compounds are ferroelectric materials with significant spontaneous polarization of 144.1 [Formula: see text]C/cm 2 and 27.9 [Formula: see text]C/cm 2 for BFO and BTO respectively.

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