鈣鈦礦氧化物，其通式為ABO3，是結構特殊且穩定的氧化物材料。由於結構特殊，使它具備了?多獨特的性質，包含：多鐵性效應、催化活性、電化學性質及其相關的傳輸性質等，使它們成為當今炙手可熱的明星材料。而在其中的稀土－過渡金屬鈣鈦礦氧化物，可藉由調整A-site（稀土）或B-site（過渡金屬）的元素，調整或改變其結構，進而得到不同的材料特性及?能。 本研究利用第一原理計算來探討稀土－過渡金屬鈣鈦礦氧化物RE-TM-O3，包含Gd(Fe0 8Ni0 2)O3、LaMnO3、LaCoO3、LaCrO3、LaFeO3、LaNiO3、La(Mn0 5Co0 125Cr0 125Fe0 125Ni0 125)O3、La(Mn0 125Co0 5Cr0 125Fe0 125Ni0 125)O3、La(Mn0 125Co0 125Cr0 5Fe0 125Ni0 125)O3、La(Mn0 125Co0 125Cr0 125Fe0 5Ni0 125)O3、La(Mn0 125Co0 125Cr0 125Fe0 125Ni0 5)O3及La(Mn0 2Co0 2Cr0 2Fe0 2Ni0 2)O3，其中La(Mn Co Cr Fe Ni)O3系統又為高熵氧化物，針對其優化後的幾何結構與電子特性進行討論。分析不同的A-site或B-site佔據元素如何影響鈣鈦礦氧化物的幾何結構、能隙及態密度。 計算結果說明正交晶系鈣鈦礦氧化物La (Mn Co Cr Fe Ni)O3系統在結構優化後，是熱力穩定的。其中，當佔據B-site的Ni超過一定比例時，能隙會消失，系統由絕緣體/半導體特性轉變為金屬性。藉由分析部分態密度圖，在此系統中，主要是由B-site的過渡金屬d軌域與O的p軌域之間有混成，其中Mn-d及Ni-d與O-p的軌域混成作用更明顯。在Bader電荷分析中，此系統中各個元素的Bader電荷值大小與原始鈣鈦礦氧化物中各元素的Bader電荷值相比，幾乎不變，顯示對於多元陽離子化合物，每個陽離子晶格點可以視為等效的。 在正交晶系扭曲鈣鈦礦GdFeO3的計算結果顯示，在B-site參雜Ni後系統會由半導體變成導體。另外，藉由分析Gd(Fe0 8Ni0 2)O3部分態密度圖，推論Gd(Fe0 8Ni0 2)O3系統有一定程度的自旋極化現象及磁性，且磁性的貢獻主要來自於Gd的f軌域。
First-Principles Study of Geometric and Electronic Structures of Rare Earth- and Transition Metal-Based Perovskite Oxides
宜馨, 余. (Author). 2019
學生論文: Doctoral Thesis