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多铁材料是一种同时具有铁电性和铁磁性的材料，其多铁序参量之间的耦合（磁电耦合）在能量转换、信息存储、传感器件等方面具有巨大的潜在应用价值。铁酸铋(BiFeO3)是一种典型的单相多铁材料，研究表明，其自发极化强度可高达100μC/cm2，但它的磁性却呈现反铁磁构型，极大地限制了BiFeO3的应用。因此，改善BiFeO3的磁性性能引起了人们广泛的研究。 本文利用第一性原理探索了BiFeO3的本征空位及其Mg掺杂引入氧空位对磁性、介电性能的影响，并深入研究其物理机制。主要内容如下: 1.本征空位对BiFeO3磁性的影响:对于80个原子的超晶胞去除一个原子形成的空位体系，铁空位能导致1.96μB的磁矩，铋空位导致的磁矩相对要小，仅有0.13μB，而氧空位在磁矩方面对铁酸铋几乎没有影响。铁空位导致的巨大磁矩，主要来源于对空间排列的反铁磁结构的抑制，铁空位附近氧原子的2p轨道与铁原子的3d轨道，对0.45 eV附近带内的电子态有贡献，这表明铁氧之间很强的杂化对大磁矩有很重要的贡献。对于铋空位，带内0.4 eV处的电子态主要是源于最近邻铋空位的氧原子的2p轨道。氧空位对于态密度的对称性作用却很小，但是其禁带宽度显著的减小了。 2.本征空位对BiFeO3介电性质的影响:铁空位和铋空位对介电函数有很强的影响，在铋空位体系内，位于0.60 eV和1.16 eV处的峰主要对应于氧原子2p轨道从价带到激发的低能量导带的迁移。而在铁空位体系，位于0.24 eV和0.75 eV处的峰却主要来源于氧原子的2p轨道和铁原子的3d轨道从价带到被激发的低能量导带的迁移。然而氧空位体系，并没有改变态密度的主要峰位，因此，对介电函数的影响很小。 3.Mg掺杂对BiFeO3磁性的影响:磁化强度随着增加Mg掺杂的浓度而线性增加，这与实验中报道的趋势是一致的，然而计算结果却远远的大于实验数值。其原因表明Mg掺杂原子倾向于占据铁磁平面，但与反铁磁平面自旋构型间的能量差异很小。 4.引入氧空位对掺镁BiFeO3磁性质的影响:氧空位的引入进一步改善了它的磁性，并保持其大的禁带宽度。对于80个原子中掺两个Mg原子的超晶胞，其磁化强度由非氧空位掺杂的8.3μB增强为10μB。从态密度的角度而言，费米能级附近的电子态消失了，这意味着氧空位能通过抑制掺Mg铁酸铋，形成半金属禁带结构。从晶格结构的角度而言，氧空位的引入破坏了原来的R3c结构的对称性，使临近Mg原子的铁氧八面体形变扭曲，这就导致三组Fe-O键长变短，而另外三组Fe-O键长变长，进而造成在较短的Fe-O键那边自旋磁矩增强，而在较长的Fe-O键那端自旋磁矩消失，总体结果表现为磁矩增大。因此，掺Mg铁酸铋，如果具有这种特殊的电中性的氧空位，由于其大的磁矩和很好的禁带性能，那意味着会有更强的多铁性能。