ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Phạm Bá Duy
TÍNH TOÁN TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ CỦA PEROVSKITE NỀN
NI-KEN SỬ DỤNG DFT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - Năm 2017
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Phạm Bá Duy
TÍNH TOÁN TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ CỦA PEROVSKITE NỀN
NI-KEN SỬ DỤNG DFT
Chuyên ngành: Vật lý Chất Rắn
Mã số: 60440104
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Duy Huy
GS.TS. Bạch Thành Công
Hà Nội - Năm 2017
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới các thầy giáo hướng
dẫn của mình, TS. Nguyễn Duy Huy và GS. TS. Bạch Thành Công, những người
trực tiếp chỉ dẫn và giúp đỡ tôi nhiều nhất trong thời gian học tập và hoàn thành
luận văn tốt nghiệp của mình.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các quý thầy cô và tập thể các cán
bộ công nhân viên bộ môn Vật lý Chất rắn, phòng Thí nghiệm Tính toán trong Khoa
học Vật liệu cùng gia đình bạn bè, những người đã động viên, dạy bảo, chăm sóc và
cho tôi những ý kiến đóng góp quý báu và hết sức bổ ích giúp tôi hoàn thành luận
này được dễ dàng và thuận lợi hơn.
Nhân đây, tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô và cán bộ tại
Khoa Vật lý đã hết sức tạo điều kiện cho tôi trong cả quá trình học tập và viết luận
văn.
Chúc các thầy cô dồi dào sức khỏe.
Xin cám ơn đề tài NAFOSTED 103.01-2015.92 đã hỗ trợ để thực hiện luận
văn này.
Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2017
Học viên cao học
Phạm Bá Duy
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU OXIT RẮN VÀ VẬT LIỆU
LaNiO3...................................................................................................................3
1.1 PIN NHIÊN LIỆU OXIT RẮN.........................................................................3
1.1.1. Tổng quan..........................................................................................3
1.1.2. Cấu tạo...............................................................................................4
1.1.3. Hoạt động...........................................................................................6
1.2. VẬT LIỆU LaNiO3 TRONG ĐIỆN CỰC DƯƠNG CỦA SOFC.....................8
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN.......................................................10
2.1. LÝ THUYẾT PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ..........................................................10
2.1.1. Môt số khái niệm cơ bản..................................................................10
2.1.2. Hai định lý Hohenberg-Kohn...........................................................10
2.1.3. Hệ phương trình Kohn-Sham...........................................................13
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG.............................................................17
2.2.1. Gần đúng mật độ địa phương...........................................................17
2.2.2. Gần đúng gradient suy rộng ............................................................18
2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN......................................................................19
Chương 3: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN..................................................................22
3.1. MÔ HÌNH LaNiO3 KHỐI..............................................................................22
3.2. MÔ HÌNH LaNiO3 KHUYẾT OXY..............................................................23
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..........................................................27
4.1. CẤU TRÚC HÌNH HỌC VÀ ĐIỆN TỬ CỦA LaNiO3..................................27
4.1.1. Cấu trúc hình học.............................................................................27
4.1.2. Cấu trúc điện tử................................................................................32
4.2. NĂNG LƯỢNG HÌNH THÀNH NÚT KHUYẾT OXY................................37
KẾT LUẬN..........................................................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................42
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 Hằng số mạng của ô mạng LaNiO3 theo các tính toán LDA và GGA khi
không có ứng suất, và giá trị thực nghiệm [13]........................................................22
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cơ chế hoạt động của một pin nhiên liệu oxit rắn - SOFC. Hình được lấy
trong tài liệu tham khảo [12].....................................................................................6
Hình 1.2 Phản ứng tạo ion oxy trong điện cực dương tại đương biên ba pha (a) và
mặt biên hai pha (b)...................................................................................................7
Hình 1.3 Mô hình ô cơ sở của LaNiO3. Các nguyên tử La, Ni, O được thể hiện bằng
các hình tròn xanh lá cây to, xanh nước biển trung bình và đỏ nhỏ, tương ứng. Hình
lập phương nét liền mô tả ô cơ sở..............................................................................8
Hình 3.1 Mô hình tính toán cho vật liệu LaNiO3. Nguyên tử La, Ni, và O được biểu
diễn bằng hình tròn xanh lá cây to, xanh nước biển vừa và đỏ nhỏ, tương ứng. Hình
vuông nét liền mô tả ô mạng....................................................................................22
Hình 3.2 Năng lượng tính trên từng nguyên tử của vật liệu LaNiO3 theo các giá trị
Ecutoff với tính toán LDA (trái) và GGA (phải)..........................................................23
Hình 3.3 Sự quay của bát diện NiO6 quanh các trục x, y, và z với các góc θx, θy, và
θz tương ứng.............................................................................................................25
Hình 3.4 Mô hình ô mạng LaNiO3, với các vị trí khuyết oxy có thể xảy ra được thể
hiện bằng các hình tròn rỗng màu vàng được đánh số 1 (Vxy) và 2 (Vz)..................26
Hình 4.1 Sự phụ thuộc của hằng số mạng a = b (hình tam giác) và c (hình vuông)
theo uxy với tính toán LDA (đường màu đỏ) và GGA (đường màu đen)..................27
Hình 4.2 Sự thay đổi thể tích ô mạng LaNiO3 theo uxy với 2 tính toán LDA (đường
đen) và GGA (đường đỏ).........................................................................................28
Hinh 4.3 Sự phụ thuộc của uz theo uxy.....................................................................29
Hình 4.4 Độ dài liên kết Ni-O dọc theo trục z (đường đỏ), trong mặt phẳng xy
(đường đen) theo uxy với 2 tính toán LDA (trái) và GGA (phải)..............................30
Hình 4.5 Góc xoay quanh trục x và y (đường đỏ), và trục z (đường đen) theo uxy với
tính toán LDA (hình trái) và GGA (hình phải).........................................................30
