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1、哈尔滨理工大学工学硕士学位论文- -理学硕士学位论文尖晶石型软磁铁氧体晶体结构及电子结构的第一性原理研究哈尔滨理工大学2010 年 3 月哈尔滨理工大学工学硕士学位论文- I -国内图书分类号：TQ170.1理学硕士学位论文尖晶石型软磁铁氧体晶体结构及电子结构的第一性原理研究硕士研究 生： 导师： 申请学位级别： 理学硕士学科、专 业： 凝聚态物理学所 在 单位： 应用科学学院答 辩 日期： 2010 年 3 月授予学位单位： 哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学工学硕士学位论文- II -Classified Index：TQ170.1Dissertation for the Master Degr
2、ee in EngineeringResearch on Precision Phase-shift Control SystemCandidate：Ma LinlinSupervisor：Jiang JiuxingAcademic Degree Applied for：Master of ScienceSpecialty：Condensed matter physicsDate of Oral Examination：March, 2010University：Harbin University of Science and Technology哈尔滨理工大学工学硕士学位论文- III -尖
3、晶石型软磁铁氧体晶体结构及电子结构的第一性原理研究摘 要运用局域密度泛函理论可将求解多电子问题转化为求解单电子运动方程。 由此计算各类半导体材料和金属材料的结合能、晶格常数、体模量，得到与实 验吻合的结果，使之成为近年来电子理论中的一项重要的成就。如今己发展了 很多常用的方法:原子轨道线性组合紧束缚法(LCAO-TB)、正交平面波法(OPW)、 鹰势平面波法(PWP)、线性缀加平面波方法(LAPW)、线性Muffin-tin轨道组合 方法(LMTO)等。再加上目前大型、高速电子计算机的应用，第一性原理计算在 研究凝聚态物质方面和材料设计方面越来越受到人们的关注。 尖晶石型软磁铁氧体有许多特殊的
4、优越性能，是一种重要的基础功能材料， 广泛用于通讯、传感、音像设备、滤波器、变压器等电子工业中。多年来许多 科研工作者通过多种制备方法途径（如掺杂、表面包覆等）来改变其结构以提 高稳定性和电化学性能。而对于微观的电子结构计算的报道则较少，因此，本 文对尖晶石型ZnFe2O4 材料及其掺杂体系的电子结构计算探讨，从理论上解释 掺杂机制并以期为尖晶石型软磁铁氧体的合成与改性提供有意义的理论指导。本文主要是通过对ZnFe2O4 掺杂Mn、 Ni，建立相应的掺杂晶体模型并基 于密度泛函理论(DFT)的第一性原理超软赝势平面波方法计算了未掺杂与掺杂 各体系的电子结构和磁性，考察了ZnFe2O4 晶体及其
5、掺杂晶体中能带结构、态 密度等电子结构的特点和变化规律，计算结果表明： 单纯锌铁氧体是一种非磁性直接能隙半导体材料，靠近费米能级的Fe-3d 电子轨道和O-2p 电子轨道重叠较强，故Fe 与O 相互作用强烈，起到了使结 构稳定的作用。经Mn 掺杂的体系具有磁性，仍保持了单一的尖晶石型结构， 体系总能量上升，晶胞体积增大，减弱了尖晶石结构的稳定性，但使体系的导 电性增强。单纯镍铁氧体具有稳定的反型尖晶石结构，其磁性较锰锌复合铁氧 体小。关键词 尖晶石型铁氧体；第一性原理计算；电子结构；磁性哈尔滨理工大学工学硕士学位论文- IV -哈尔滨理工大学工学硕士学位论文- V -Research on P
6、recision Phase-shift Control SystemAbstractPhase measurement is a kind of technology which has been developed and applied to improve optical precision measurement in the 1980s.It will measure phase data of the whole region, realizing really a true optical phase measurement of the audience. Phase shi
7、ft is a high-precision measurement of phase measurement methods. When the site is less than a stripe, this method is still valid. With the realization of phase shift measurement is the real way to phase modulation, and the phase shift is key component of the realization of the phase modulation. The
8、phase shift accuracy is one of the important factors that phase measurement precision. Therefore, the precise demarcation or the correction of phase shifter is of great significance in the phase measurement. The paper introduces the theory of phase shift, the common method of phase shift, software a
9、nd hardware of device, the results of the experimental data and so on. The article focuses on hardware and software. Compared with other phase shift methods, the implementation of phase-shifting with PZT is a better choice of the platform for the experiment, the executive body simple, high efficienc
10、y, high-resolution, small errors and so on. The implementation of phase-shifting institutions is drive by the voltage circuit of PZT to achieve the purpose of the phase-shifting. Combination of optical devices, microprocessor programming, as well as the development of the VC platform on the preparat
11、ion of data-processing procedures a set of control system of precise phase-shift measurement has been developed. In the study phase of the phase shift measurement system, an effective solution for non-linear PZT, the creep characteristics of the slow phase-shifting characteristics of accuracy, is to
12、 use closed- loop feedback system of voltage - phase shift. It is that the photoelectric sensor (PSD) detect the displacement by PZT, thus the resulting displacement control the voltage of PZT repeatedly. The actual can improve phase shift measurement accuracy. In this paper proves that the measurem
13、ent accuracy of 7 nm can be achieved when the range 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文- VI -is at 10 m.There is a wide range of practical value in the phase measure- ment technology. Keywords phase measurement, phase-shifting technology, position sensor dete- cted哈尔滨理工大学工学硕士学位论文目录目录尖晶石型软磁铁氧体晶体结构及电子结构的第一性原理研究.I 摘 要.I A
14、bstract.III第 1 章 绪论 1 1.1 铁氧体软磁材料的发展 .1 1.2 软磁铁氧体的结构与磁性 .3 1.2.1 软磁铁氧体的结构 .3 1.2.2 影响金属离子在 A 位、B 位分布的因素6 1.2.3 铁氧体磁性 .7 1.3 研究的目的及意义 .10 1.4 本课题的主要研究内容和结构安排 .11 1.4.1 主要内容 11 1.4.2 结构安排 12 第 2 章 计算方法 13 2.1 多电子体系的薛定谔方程 .13 2.1.1 非相对论近似 14 2.1.2 Born-Oppenheimer 近似14 2.1.3 轨道近似 152.2 密度泛函理论 .16 2.3 基
15、函和赝势 .19 2.4 能量极小的优化方法 .22 2.5 交换关联能函数近似 .23 2.6 CASTEP 软件包功能特点 26 第 3 章 锌铁氧体的晶体结构和电子结构 27 3.1 计算模型和参数设置 .27 3.2 总能量和晶体结构 .28 3.3 电子结构 .28 3.3.1 能带结构与总态密度 28 3.3.2 分态密度 29 3.4 本章小结 .31哈尔滨理工大学工学硕士学位论文第 4 章 锰锌铁氧体的晶体结构、电子结构、磁性和介电性质 32 4.1 计算模型和参数设置 .32 4.2 总能量和晶体结构 .33 4.3 能带结构与总态密度 .34 4.4 分态密度 .35 4.
16、5 磁性 .37 4.6 介电性质 .38 第 5 章 镍铁氧体的晶体结构、电子结构、磁性和介电性质 40 5.1 晶体结构 .40 5.2 总能量和晶体结构 .40 5.3 能带结构与总态密度 .41 5.4 分态密度 .42 5.5 磁性 .44 结论 45 参考文献 46 攻读学位期间发表的学术论文 48 致谢 49哈尔滨理工大学工学硕士学位论文- 0 -第第 1 章章 绪论绪论1.1 铁氧体软磁材料的发展软磁铁氧体材料是一种用途广、产量大、成本低的电子工业及机电工业基 础材料，直接关系到电子信息产业、家电工业、计算机与通讯、环保及节能技 术的发展，亦是衡量一个国家经济发达程度的标志之一。 早在五、六十年代，我国即开始生产软磁铁氧体，主要产品为收音机天线 棒及中周变压器磁芯、电感磁芯等小磁芯。1975 年，我国除港、台地区外，生 产软磁铁氧体约 2500 吨，1980 年，全国产量达 3500 吨，1985 年接近 7000 吨， 1990 年超过 1.5 万吨，1995 年达 3 万吨，仅次于日本而居
