【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非线性光学晶体材料领域，具体涉及一种基于第一性原理计算设计非线性光学晶体a2bb′o6及其性质表征的方法。
技术介绍
1、太赫兹波是电磁波谱中位于微波和红外线之间的电磁波，在成像、无损检测、农药和食品检测中有着重要的作用，而非线性光学晶体就是太赫兹辐射源器件的重要组成部分，而连续的高功率的太赫兹辐射就对非线性光学晶体的性能提出了更高的要求。这需要shg系数大和激光损伤阈值大的非线性光学晶体。一般情况下，激光损伤阈值与带隙成正相关，而shg系数与带隙成一个负相关，因此这就需要平衡非线性光学晶体的各项性能参数。
2、氧化物晶体通常表现较大的带隙和较大的激光损伤阈值，而引入具有非线性光学活性的结构性官能团是一种提高shg响应的有效的方法，例如八面体配位的d0过渡金属阳离子(ti4+、zr4+、hf4+、ta5+、mo6+等)和含有孤对电子的主族阳离子(i5+、te4+、se4+、sn2+。在已被发现的li2titeo6材料的基础上引入上述官能团来设计新型的非线性光学晶体材料是一种可行的方法。
3、传统的实验法发现新材料的方法实验周期长、费时费力。采用第一性原理计算的方法研究材料的稳定性，进一步再研究材料的电子性质和光学性质，总结规律为实验提供指导，减小实验成本，缩短材料及器件的研制周期，提高研发效率。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于第一性原理计算设计非线性光学晶体a2bb′o6及其性质表征的方法，旨在解决现有实
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，包括以下步骤：
4、步骤s1：利用material studio软件构建a2bb′o6(以下简称ab b′o)晶体结构并导出为cif文件，其中a代表li、na、k中的一种元素；b代表ti、zr、hf中的一种；b′代表se、te中的一种，使用vesta软件将cif文件类型转为.vasp文件格式；
5、步骤s2:使用vasp软件进行结构优化计算，使体系能量最低，得到优化后的abb′o晶体结构；
6、步骤s3：对优化后的材料进行分子动力学、弹性常数、声子谱的计算，筛选出理论上稳定的abb′o材料；
7、步骤s4：利用密度泛函理论计算优化后的稳定的abb′o的电子波函数，同时提取bader电荷参数；
8、步骤s5：根据所述电子波函数计算abb′o的能带结构与电子态密度，根据所述bader电荷参数计算八面体的局部偶极矩以及单个胞的总偶极矩；
9、步骤s6：使用vasp计算稳定的abb′o的光学性质，包括线性及非线性光学性质，提取非线性系数参数，总结规律。
10、进一步地，步骤s1中所述a2bb′o晶体，属于pnn2空间群及c2v点群，具有较大的非线性系数。
11、进一步地，步骤s2中结构优化计算是基于平面波方法密度泛函理论的vasp模拟软件包，采用pbe交换关联函数描述，选用平面波截止能遵循encut＝1.3×enmax原则、力学收敛标准能量自洽收敛标准10-6～10-5ev。
12、进一步地，步骤s3中所述弹性系数计算时，取poscar中应变变化范围为-0.020、-0.015、-0.010、-0.005、0.000、+0.005、+0.010、+0.015、+0.020，使用vaspkit软件包生成应变后的poscar，并验证材料力学上的稳定性。
13、进一步地，步骤s3中所述分子动力学计算时，采用超胞进行计算模拟，在分子动力学数据的基础上提取原子间相互作用力常数，计算材料的声子谱。
14、进一步地，所述超胞为2×2×2，计算模拟的温度设定在300k，时间取10000fs。
15、进一步地，步骤s5中八面体的局部偶极矩的计算公式如下：
16、
17、其中，i表示直角坐标系中的三个轴x、y、z；
18、ic和ij分别表示中心原子和配位原子的坐标位置；
19、qj表示配位原子所带的电荷量。
20、进一步地，原子坐标在poscar文件中提取，原子所带电荷量即bader电荷参数，在获取局部偶极矩之后，通过求和的方法就能得到单个胞内的总偶极矩。
21、进一步地，步骤s6中光学性质包括非线性光学性质和线性光学性质，非线性光学性质由二次谐波产生系数表示，线性光学性质包括介电函数、吸收系数函数、折射率函数、透射函数、能量损失函数，在计算和后处理过程中，需要的空带数量为满带数量的5～6倍。
22、进一步地，步骤s6中计算光学性质需要使用材料的实验带隙进行修正，实验带隙目前不明确的材料使用hse06函数来近似实验带隙。
23、与现有技术相比，本专利技术具有如下技术优势：
24、本专利技术基于第一性原理对非线性光学晶体abb′o的稳定性、电子结构、光学性质进行预测。只需提供相应的晶体结构，就可以得到材料的性质，不涉及相关的实验和经验参数，具有强大的可移植性。同时对材料的稳定性进行了预测，排除了理论上不稳定的材料，又对材料的光学性质电子结构进行了预测。通过分析材料的物理结构、电子结构与性质之间的关系，总结规律，为新型的高性能的非线性光学晶体材料的合成提供了理论指导，大大减少实验周期以及实验成本，减少了传统的材料研发过程中实验合成表征、试错和验证的次数。
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1.一种基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤S1中所述ABB′O晶体，属于Pnn2空间群及C2v点群，具有较大的非线性系数。
3.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤S2中结构优化计算是基于平面波方法密度泛函理论的VASP模拟软件包，采用PBE交换关联函数描述，选用平面波截止能遵循ENCUT＝1.3×ENMAX原则、力学收敛标准能量自洽收敛标准10-6～10-5eV。
4.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤S3中所述弹性系数计算时，取POSCAR中应变变化范围为-0.020、-0.015、-0.010、-0.005、0.000、+0.005、+0.010、+0.015、+0.020，使用vaspkit软件包生成应变后的POSCAR，并验证材料力学上的稳定性。
5.根据权利要求1所
6.根据权利要求5所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，所述超胞为2×2×2，计算模拟的温度设定在300K，时间取10000fs。
7.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤S5中八面体的局部偶极矩的计算公式如下：
8.根据权利要求7所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，原子坐标在POSCAR文件中提取，原子所带电荷量即Bader电荷参数，在获取局部偶极矩之后，通过求和的方法就能得到单个胞内的总偶极矩。
9.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤S6中光学性质包括非线性光学性质和线性光学性质，非线性光学性质由二次谐波产生系数表示，线性光学性质包括介电函数、吸收系数函数、折射率函数、透射函数、能量损失函数，在计算和后处理过程中，需要的空带数量为满带数量的5～6倍。
10.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤S6中计算光学性质需要使用材料的实验带隙进行修正，实验带隙目前不明确的材料使用HSE06函数来近似实验带隙。
...【技术特征摘要】
1.一种基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤s1中所述abb′o晶体，属于pnn2空间群及c2v点群，具有较大的非线性系数。
3.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤s2中结构优化计算是基于平面波方法密度泛函理论的vasp模拟软件包，采用pbe交换关联函数描述，选用平面波截止能遵循encut＝1.3×enmax原则、力学收敛标准能量自洽收敛标准10-6～10-5ev。
4.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤s3中所述弹性系数计算时，取poscar中应变变化范围为-0.020、-0.015、-0.010、-0.005、0.000、+0.005、+0.010、+0.015、+0.020，使用vaspkit软件包生成应变后的poscar，并验证材料力学上的稳定性。
5.根据权利要求1所述的基于第一性原理计算设计非线性光学晶体及其性质表征的方法，其特征在于，步骤s3中所述分子动力学计算时，采用超胞进行计算模拟，在分子动力学数据的基础上提取原子间...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁以民，方高静，吴钰，亓花蕾，吴利鹏，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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