模拟晶体内小概率原子电输运转变的二维数据处理方法

模拟晶体内小概率原子电输运转变的二维数据处理方法
【专利摘要】本发明涉及模拟晶体内小概率原子电输运转变的二维数据处理方法，该方法利用依据虚拟晶格近似在铁酸铋的晶体学位置上进行掺杂，得到铁酸铋晶体材料的晶体结构模型；利用量子化学的方法，根据不同掺杂量的铁酸铋晶体结构模型模拟体系的电子结构，计算各个原子的局域态密度，得到局域态密度随不同的掺杂量的变化趋势；利用MATLAB软件，在费米面附件对微量掺杂元素的原子轨道的局域态密度数据进行二维可视化数据处理，得到局域态密度对不同掺杂比例的敏感程度以及相互作用的变化趋势；分析同步谱对应的异步谱的变化趋势得到铁酸铋内电输运的的机制。该方法与现有技术相比：具有可视化程度高，分辨率高，重复性高以及高效等优点，通过该方法明确清晰得到铁酸铋内小概率原子占位引起电输运的转变机制。
【专利说明】 模拟晶体内小概率原子电输运转变的二维数据处理方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟晶体内小概率原子电输运转变的二维数据处理方法，属于无机材料领域。

【背景技术】
[0002]目前针对无机晶体材料的物理性能的研究，目前主要集中在其电学性能、磁学性能以及催化等方面。1993年J.Tfipfer，在NiMn2O4尖晶石晶体中掺杂Cu，提出在CuxNiMrvxOj系中，随着Cu2+浓度的增大，Cu2+逐渐进入八面体间隙，不仅使得Mn2+歧化，而且还参加Mn3+/Mn4+之间的跳跃过程，使得电导率明显增大。2007年Li等人研究了 Cr掺杂对钙钛矿晶体的影响，表明Cr掺杂增强了 BiFeO3基体的磁化强度，他们认为磁性的增强来源于Fe3+和Cr 3+离子的超交换作用以及氧空位的影响。2008年，cheng等研究了 Co4+掺杂烧绿石结构锡酸悯在甲烷催化燃烧活性，表明随着La 2CoxSn2_x07-s中Co含量的增加，在样品中形成了氧空位，改善了样品的还原和再氧化性能，从而增强了甲烷燃烧反应的催化能力。因此，得到晶体材料的电子输运机制，就能解释晶体材料表现出的特殊性能。
[0003]以上研究都是通过实验得到晶体材料的不同性能，进而解释晶体的电输运机制，然而微量掺杂引起的电子结构变化是微弱的，往往会被人们所忽视。因此，找到一种简单、分辨率高，能有效反应小概率原子占位引起电输运机制转变的处理方法仍是一项挑战。


【发明内容】

[0004]本发明目的在于，提供一种模拟晶体内小概率原子占位引起电输运机制转变的二维数据处理方法，该方法利用依据虚拟晶格近似在铁酸铋的晶体学位置上进行掺杂，得到铁酸铋晶体材料的晶体结构模型；利用量子化学的方法，根据不同掺杂量的铁酸铋晶体结构模型模拟体系的电子结构，计算各个原子的局域态密度，得到局域态密度随不同的掺杂量的变化趋势；利用MATLAB软件，在费米面附件对微量掺杂元素的原子轨道的局域态密度数据进行二维可视化数据处理，得到局域态密度对不同掺杂比例的敏感程度以及相互作用的变化趋势；分析同步谱对应的异步谱的变化趋势得到铁酸铋内电输运的的机制。该方法与现有技术相比:具有可视化程度高，分辨率高，重复性高以及高效等优点，通过该方法明确清晰得到铁酸铋内小概率原子占位引起电输运的转变机制。
[0005]本发明所述的一种模拟晶体内小概率原子电输运转变的二维数据处理方法，按下列步骤进行:
a、利用虚拟晶格近似在铁酸铋晶体学位置上以摩尔比5-95%进行掺杂，利用于分子动力学对微量掺杂的铁酸铋晶体结构进行弛豫与优化，得到摩尔比5-95%掺杂比例下的铁酸秘晶体结构1?型；
b、利用量子化学的方法模拟铁酸铋晶体的微掺杂量的电子结构，计算出摩尔比5-95%掺杂比列下铁酸铋晶体中各个原子轨道的局域态密度，得到局域态密度随掺杂量升高的变化趋势； C、利用MATLAB软件，利用二维相关分析在费米面附件对各个原子的局域态密度数据进行二维同步可视化处理，得到局域态密度对不同掺杂比列的敏感程度以及相互作用的变化趋势；
d、对同步谱进一步二维异步化处理，在费米面附近局域态密度变化明显的能量范围内，分析异步谱和对应同步谱，即可得到在摩尔比5-95%掺杂比列下铁酸铋晶体内小概率原子占位引起电输运的转变机制。
[0006]本发明所述的一种模拟铁酸铋晶体内小概率原子电输运转变的二维数据处理方法，该方法分四步进行，第一步:利用依据虚拟晶格近似在铁酸铋晶体学位置上以5% - 95%的比例进行掺杂，得到铁酸铋晶体材料的晶体结构模型；第二步:利用量子化学的方法，根据不同掺杂量的晶体结构模型模拟体系的电子结构，计算各个原子的局域态密度(PD0S)，得到局域态密度(PDOS)随不同的掺杂量的变化趋势；第三步:借助于MATLAB软件，利用2D-CA (二维相关分析)在费米面附件对微量掺杂元素的原子轨道的局域态密度(PDOS)数据进行二维可视化数据处理，得到局域态密度(PDOS)对不同掺杂比例的敏感程度以及相互作用的变化趋势；第四步:分析同步谱对应的异步谱的变化趋势得到铁酸铋晶体内电输运的的机制。该方法与现有技术相比:具有可视化程度闻，分辨率闻，重复性闻以及闻效等优点，通过该方法明确清晰得到铁酸铋晶体内小概率原子占位引起电输运的转变机制。

【专利附图】

【附图说明】
[0007]图1为本发明利用虚拟晶格近似(VCA)方法，利用量子化学模拟计算了在BiFeO3的氧位上以5% - 95%的比例掺杂硫后，各个原子的局域态密度图，以及对应能量范围内局域态密度的同步、异步可视化处理图，其中(1)，(2)对应于B1-2P在-1eV-1eV能量区域的同步谱和异步谱；(3)，(4)对应于Fe-3d在-1eV-1eV能量区域的同步谱和异步谱；(5)，(6)对应于0-2P在-1eV-1eV能量区域的同步谱和异步谱；
图2为本发明利用虚拟晶格近似(VCA)方法，在，借助量子化学模拟计算了在BiFeOjA氧位上以5% - 95%的比例掺杂碳后，各个原子的局域态密度图，以及对应能量范围内局域态密度的同步、异步可视化处理图，其中(1)，(2)对应于B1-2P在-1eV-1eV能量区域的同步谱和异步谱；(3)，(4)对应于Fe-3d在-1eV-1eV能量区域的同步谱和异步谱；(5)，(6)对应于0-2P在-1eV-1eV能量区域的同步谱和异步谱；
图3为本发明利用虚拟晶格近似(VCA)方法，在，借助量子化学模拟计算了在BiFeOjA氧位上以5% - 95%的比例掺杂磷后，各个原子的局域态密度图，以及对应能量范围内局域态密度的同步、异步可视化处理图，其中(1)，(2)对应于B1-2P在-1eV-1eV能量区域的同步谱和异步谱；(3)，(4)对应于Fe-3d在-1eV-1eV能量区域的同步谱和异步谱；(5)，(6)对应于0-2P在-1eV-1eV能量区域的同步谱和异步谱。

【具体实施方式】
[0008]实施例1
利用虚拟晶格近似(VCA)在铁酸铋的氧位上以摩尔比5-95%的比例掺杂非金属硫(S)元素，借助于分子动力学理论对掺杂后的晶体结构进行弛豫与优化，得到硫元素不同掺杂比例下的铁酸铋晶体结构模型； 利用弛豫与优化后的铁酸铋晶体结构模型，借助于量子化学的方法，计算81?^3在不同掺杂比列下铁酸铋晶体中各个原子轨道(B1-2p，Fe-3d, 0_2p)的局域态密度(PDOS)，得到局域态密度(PDOS)随掺杂量改变的变化趋势；
利用MATLAB软件，再利用2D-CA (二维相关分析)在费米面附近-1eV-1eV,B1-2p,Fe-3d, 0_2p原子轨道的局域态密度(PDOS)数据，在同步谱中明显看到在Bi_2p的-0.8eV，0.8eV ;Fe_3d的0.3eV ;0_2p的0.2eV的局域态密度(PDOS)发生明显变化，表明在该能量范围内的局域态密度(PDOS)随易受掺杂量的影响，在B1-2p的(-0.8eV,0.8eV)；Fe_3d的中(IeV, -0.5eV) ;0_2p (leV，_0.6eV)相交处交叉峰为正，表明能量范围内的局域态密度(PDOS)变化趋势相同；
对同步谱进一步进行异步化处理，在异步谱中明显看到B1-2p的(IeV, 0.4eV)；Fe_3d的(0.7eV’0eV) ;0_2p的(leV，0.2eV)处的异步交叉峰为正，对应的同步谱均为正，表明该能量范围内的局域态密度(PDOS)变化前者优先于后者，B1-2p的(leV，0.6eV),(-0.1eV, -0.9eV) ;Fe_3d 的(OeV，-0.5eV) ;0_2p 的(_0.1eV, -0.5eV)处的异步交叉峰为负，对应的同步谱均为正，表明该能量范围内的局域态密度(PDOS)变化前者滞后于后者，由此可以判断各个原子轨道的局域态密度(PDOS)的变化趋势，进而得到在不同的硫掺杂比例下电输运特性；从图1中可以看出BiFeO3的局域态密度(PDOS)随硫原子掺杂量不断升高的变化趋势。
[0009]实施例2
利用虚拟晶格近似(VCA)在铁酸铋的氧位上以摩尔比5% - 95%的比例掺杂非金属碳元素，借助于分子动力学理论对掺杂后的铁酸铋晶体结构进行弛豫与优化，得到硫元素不同掺杂比例下的铁酸铋晶体结构模型；
利用弛豫与优化后的铁酸铋晶体结构模型，借助于量子化学的方法，计算81?^3在不同掺杂比列下铁酸铋晶体中各个原子轨道(B1-2p，Fe-3d, 0_2p)的局域态密度(PD0S)，得到局域态密度(PDOS)随掺杂量改变的变化趋势；
利用MATLAB软件，再利用2D-CA (二维相关分析)在费米面附近-1eV-1eV,B1-2p,Fe-3d, 0_2p原子轨道的局域态密度(PDOS)数据，在同步谱中明显看到在Bi_2p的0.6eV，IeV ;Fe_3d的0.5eV ;0_2p的0.5eV的局域态密度(PDOS)发生明显变化，表明在该能量范围内的局域态密度(PDOS)随易受掺杂量的影响，在B1-2p的(0.6eV, -0.8eV)；Fe_3d的中(0.8eV，-0.5eV) ;0_2p (leV，_0.4eV)相交处交叉峰为正，表明能量范围内的局域态密度(PDOS)变化趋势相同；
对同步谱进一步进行异步化处理，在异步谱中明显看到B1-2p的(leV, -0.6eV),(-0.2eV, -0.5eV) ;Fe_3d 的(0.8eV, OeV), (0.5eV, -leV) ;0_2p 的(leV, OeV)，(-0.4eV，-leV)处的异步交叉峰为正，对应的同步谱均为正，表明该能量范围内的局域态密度(PDOS)变化前者优先于后者，B1-2p 的(-0.2eV，-0.5eV)；Fe-3d 的(0.1eV, 0.5eV)；0-2p的(0.1eV,0.5eV)处的异步交叉峰为负，对应的同步谱均为正，表明该能量范围内的局域态密度(PDOS)变化前者滞后于后者，由此可以判断各个原子轨道的局域态密度(PDOS)的变化趋势，进而得到在不同的碳掺杂比例下电输运特性，从图2中可以看出BiFeOj^局域态密度(PDOS)随碳原子掺杂量不断升高的变化趋势。
[0010]实施例3 利用虚拟晶格近似(VCA)在铁酸铋的氧位上以摩尔比5% - 95%的比例掺杂非金属磷元素，借助于分子动力学理论对掺杂后的铁酸铋晶体结构进行弛豫与优化，得到硫元素不同掺杂比例下的铁酸铋晶体结构模型；
利用弛豫与优化后的铁酸铋晶体结构模型，借助于量子化学的方法，计算81?^3在不同掺杂比列下铁酸铋晶体中各个原子轨道(B1-2p，Fe-3d, 0_2p)的局域态密度(PDOS)，得到局域态密度(PDOS)随掺杂量改变的变化趋势；
利用MATLAB软件，再利用2D-CA (二维相关分析)在费米面附近-1eV-1eV,B1-2p,Fe-3d, 0_2p原子轨道的局域态密度(PDOS)数据，在同步谱中明显看到在Bi_2p的0.4eV，IeV ;Fe_3d的0.3eV ;0_2p的0.1eV的局域态密度(PDOS)发生明显变化，表明在该能量范围内的局域态密度(PDOS)随易受掺杂量的影响，在B1-2p的(0.6eV,0.8eV)；Fe_3d的中(leV, 0.3eV) ;0_2p (leV，0.2eV)相交处交叉峰为正，表明能量范围内的局域态密度(PDOS)变化趋势相同；
对同步谱进一步进行异步化处理，在异步谱中明显看到B1-2p的(0.7eV, -1eV)，(0.4eV,0.4eV) ;Fe_3d 的(leV，_0.3eV), (_0.3eV, _0.7eV) ;0_2p 的(leV，0.2eV)处的异步交叉峰为正，对应的同步谱均为正，表明该能量范围内的局域态密度(PDOS)变化前者优先于后者，B1-2p 的(_leV，0.2eV) ；Fe-3d 的(0.1eV, -0.3eV) ;0_2p 的(0.6eV,0.3eV),(-0.leV，-0.4eV)处的异步交叉峰为负，对应的同步谱均为正，表明该能量范围内的局域态密度(PDOS)变化前者滞后于后者，由此可以判断各个原子轨道的局域态密度(PDOS)的变化趋势，进而得到在不同的磷掺杂比例下电输运特性，从图3中可以看出BiFeOj^局域态密度(PDOS)随磷原子掺杂量不断升高的变化趋势。
【权利要求】
1.一种模拟晶体内小概率原子电输运转变的二维数据处理方法，其特征在于按下列步骤进行: a、利用虚拟晶格近似在铁酸铋晶体学位置上以摩尔比5-95%进行掺杂，利用于分子动力学对微量掺杂的晶体结构进行弛豫与优化，得到摩尔比5-95%掺杂比例下的铁酸铋晶体结构模型； b、利用量子化学的方法模拟铁酸铋晶体的微掺杂量的电子结构，计算出摩尔比5-95%掺杂比列下铁酸铋晶体中各个原子轨道的局域态密度，得到局域态密度随掺杂量升高的变化趋势； c、利用MATLAB软件，利用二维相关分析在费米面附件对各个原子的局域态密度数据进行二维同步可视化处理，得到局域态密度对不同掺杂比列的敏感程度以及相互作用的变化趋势； d、对同步谱进一步二维异步化处理，在费米面附近局域态密度变化明显的能量范围内，分析异步谱和对应同步谱，即可得到在摩尔比5-95%掺杂比列下铁酸铋晶体内小概率原子占位引起电输运的转变机制。
【文档编号】G06F19/00GK104462864SQ201510010979
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2015年1月10日 优先权日:2015年1月10日
【发明者】边亮, 宋绵新, 徐金宝, 董发勤, 李伟民, 常爱民, 李海龙, 王磊, 张晓艳, 侯文平 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所