Оптические свойства BaTiO₃ при комнатной температуре: DFT-моделирование

Аннотация

Оптические свойства тетрагональной фазы BaTiO₃ были исследованы с использованием метода функционала плотности. При изучении статической кристаллической решётки применялась обобщённая градиентная аппроксимация с учётом локальной корреляции Хаббарда (GGA+U), а также был использован гибридный функционал. Для учёта теплового движения атомов были выполнены ab initio расчёты молекулярной динамики в рамках метода GGA+U. Оптические спектры поглощения были рассчитаны как для статической решётки, так и вдоль траектории молекулярной динамики.

Полученные результаты показывают, что учёт теплового движения атомов приводит к существенному снижению расчётного значения пороговой энергии оптического поглощения. Данный эффект обусловлен двумя основными причинами. Во-первых, изменения атомной конфигурации вследствие теплового движения делают электронные переходы, которые были оптически запрещёнными (тёмными) в статической решётке, оптически разрешёнными (яркими). Во-вторых, порог оптического поглощения уменьшается за счёт флуктуаций энергий электронных переходов, вызванных движением атомов.

Расчёты были выполнены раздельно для различных k-точек зоны Бриллюэна.