[发明专利]金属氧化物界面调控的方法

说明书

本发明是关于一种金属氧化物界面调控的方法，包括，获取两种氧化物的晶胞构型，采用两种晶胞构型构建氧化物界面模型；计算所述的氧化物界面模型的错配度，当所述的错配度大于n％时，则调整晶胞构型，利用调整后的晶胞构型构建第一氧化物界面，获取所述的第一氧化物界面的物理性质；当所述的错配度小于或等于n％时，则向所述的氧化物界面中掺杂适格元素，构建第二氧化物界面，获取所述的第二氧化物界面的物理性质。本发明提供了一种利用计算机模拟技术和数据挖掘技术、通过原子替换掺杂调控晶格常数以降低界面应力的设计方法，该方法对金属氧化物薄膜和涂层制备具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及界面材料技术领域，特别是涉及一种基于密度泛函方法和数据挖掘技术的金属氧化物界面模型中内应力调控的设计方法。

背景技术

近年来，随着先进的外延薄膜生长技术的发展，在实验研究上，利用分子束外延和脉冲激光沉积技术，可以制备出具有原子级平整的薄膜结构，过渡金属氧化物界面得到了广泛的研究正在成为凝聚态物理与材料科学研究的热点之一。通过构建不同的异质结构可以实现奇异的、有别于块材的物理性质，使得金属氧化物界面结果在科技创新上具有广阔的应用前景。

良好的界面附着力是界面材料应用于薄膜及涂层领域是必须要考虑的力学性能指标，利用计算机模拟研究金属氧化物界面间附着力具有重要的理论意义和实践意义。通过实验设计和研究未知界面间附着力受操作调剂、检测技术和采样间隔等因素的影响，操控困难且制备-测试周期较长，而计算机模拟技术可以便捷实现对未知界面结构附着力的预测。界面应力是影响界面附着强度的重要因素，而界面内应力主要来源于构成界面的金属氧化物间不同的晶格常数进而引起的晶格错配。通过在金属氧化物中引入外来原子进行掺杂，可以有效改变晶格常数进而可以实现对晶格错配度与界面应力的调控，而如何选取合适的掺杂元素就成为了解决问题的关键。以往的研究中往往采用“试错法”，缺乏系统的理论指导，研制周期长能源消耗大且命中率较低很难满足当今社会对新材料研发的要求；近年来，在国际上流行的材料基因组的推动下，高通量理论计算成为解决这一问题的方案，但高通量理论计算对计算资源要求较高，限制了其应用。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种金属氧化物界面调控的方法，基于目前实验上膜层设计与制备技术，发明了结合密度泛函理论计算与数据挖掘技术的一种金属氧化物界面模型中应力调控的设计方法，可实现低计算消耗的前提下有效预测筛选特征元素，并对晶格常数、错配度及内应力实现有效调控。该方法对金属氧化物界面薄膜及涂层的实验制备具有重要的指导意义。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种金属氧化物界面调控的方法，包括，获取第一氧化物的第一晶胞构型和第二氧化物的第二晶胞构型，采用所述的第一晶胞构型和所述的第二晶胞构型构建氧化物界面模型；计算所述的氧化物界面模型的错配度，当所述的错配度大于n％时，则调整所述的第一晶胞构型和/或所述的第二晶胞构型，调整后构建第一氧化物界面，获取所述的第一氧化物界面的物理性质；当所述的错配度小于或等于n％时，则向所述的氧化物界面中掺杂适格元素，构建第二氧化物界面，获取所述的第二氧化物界面的物理性质。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的一种金属氧化物界面调控的方法，其中所述的适格元素的确定方法包括，将所述的第一晶胞构型或第二晶胞构型扩张，得到第一超晶胞构型或第二超晶胞构型，利用密度泛函理论和数据挖掘技术，依次采用不同的待测元素对所述的第一超晶胞构型或第二超晶胞构型中的氧化物进行替换，筛选出第一适格元素；将所述的第一晶胞构型或第二晶胞构型切割，获得晶胞表面，将所述的晶胞表面扩张，得到超晶胞表面，将所述的第一适格元素引入所述的超晶胞表面，筛选出未在超晶胞表面中偏析的第二适格元素；采用超晶胞表面、未扩张的晶胞表面、第二适格元素构建氧化物超晶胞表面模型，得到所述的第二氧化物界面。