本書內容涵蓋二維材料的壓電響應、拓撲絕緣體的相變和鈣鈦礦的鐵電性。全書共分為8章。第1章介紹了二維材料的發(fā)展歷程，講述了二維壓電材料的發(fā)現(xiàn)和興起，探討了二維材料中壓電鐵電性對拓撲相變的調控以及鈣鈦礦中鐵電性的起源；第2章簡單介紹了理論計算的相關知識和計算軟件；第3～5章主要內容為幾種不同二維材料壓電響應的具體計算；第6章主要介紹通過應變、壓電響應等方法調控二維拓撲絕緣體材料拓撲相變；第7章重點探討了有機無機雜化鈣鈦礦中鐵電性的起源問題；第8章對壓電鐵電性在材料中的發(fā)展做總結與展望。本書側重于二維材料壓電鐵電性質的學習和理論計算，編寫具有較強的專業(yè)針對性，旨在培養(yǎng)讀者解決二維材料理論計算問題的能力。本書可以作為物理和材料領域從事理論計算的技術人員的參考書，也可以作為高等學校高年級本科生和研究生的教學參考書。
隨著科技的飛速發(fā)展，材料科學在許多領域中都發(fā)揮著至關重要的作用。其中，壓電鐵電材料作為一種獨特的功能材料，因其具有壓電效應和鐵電效應，被廣泛應用于傳感、驅動、能源轉換等領域。然而，傳統(tǒng)的壓電鐵電材料在某些性能方面已無法滿足現(xiàn)代科技的需求，因此，新型壓電鐵電材料的研究成為了當前研究的熱點和難點。
新型壓電鐵電材料不僅需要具備優(yōu)異的壓電和鐵電性能，還需要在穩(wěn)定性、可靠性、環(huán)保性等方面達到新的標準。近年來，科研人員通過不斷探索和嘗試，成功研發(fā)出了一系列新型壓電鐵電材料，這些新材料在性能和應用上都展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。
新型壓電鐵電材料的電子性質是其重要特性之一。電子性質不僅影響材料的導電性能、載流子行為等基礎物理特性，還直接關聯(lián)到材料的光電、熱電、磁電等多功能效應。理解并掌握這些電子性質有助于深入挖掘新型壓電鐵電材料的應用潛力，進一步拓寬其應用范圍。
然而，新型壓電鐵電材料的電子性質研究面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，這些材料的復雜結構和多物理場耦合特性使得對電子行為的描述變得極為復雜。其次，現(xiàn)有研究手段和理論模型在描述新材料電子性質時仍存在局限性，使得精確預測和調控材料的電子行為變得困難。此外，不同新型壓電鐵電材料的合成條件、制備工藝對其電子性質的影響規(guī)律尚不明確，這為材料的設計和應用帶來了諸多不確定性。
因此，本書旨在全面深入地探討新型壓電鐵電材料的電子性質，通過實驗和理論相結合的方法，系統(tǒng)研究新型壓電鐵電材料的電子結構、載流子行為以及相關物理效應。期望本書中的研究工作可為新型壓電鐵電材料的進一步發(fā)展與應用提供理論支持和實踐指導。
本書得到山西省高等學�？萍紕�(chuàng)新計劃項目(項目號：2023L415)、山西省基礎研究計劃(自由探索類)青年項目(項目號：202303021222282)的資助，在此表示感謝! 也感謝山西工程科技職業(yè)大學的鼎力支持!
限于編者水平，書中疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。
李佳斌
山西工程科技職業(yè)大學
第1章 緒論001
1.1 引言001
1.1.1 二維材料的發(fā)現(xiàn)002
1.1.2 磷烯003
1.1.3 雙面二維納米材料005
1.1.4 超薄二維納米材料006
1.2 壓電效應007
1.2.1 壓電效應的發(fā)現(xiàn)及其原理007
1.2.2 二維壓電材料的興起009
1.3 二維材料的拓撲相變015
1.3.1 二維拓撲絕緣體材料015
1.3.2 二維拓撲相變022
1.4 有機無機雜化鈣鈦礦材料027
1.4.1 無機鈣鈦礦結構027
1.4.2 有機無機雜化鈣鈦礦結構028
第2章 理論計算方法030
2.1 密度泛函理論030
2.1.1 Hohenberg-Kohn 定理030
2.1.2 Kohn-Sham 方程031 2.2 交換關聯(lián)泛函031
2.3 各種計算軟件介紹031
2.4 Berry phase 方法033
2.5 density functional perturbation theory 方法035
2.6 tight-binding theory 方法035
2.7 二維拓撲絕緣體中的拓撲Z 2 數(shù)036
第3章 二維氧化黑磷烯的壓電效應037
3.1 引言037
3.2 計算模型與方法038
3.3 結果與討論039
3.3.1 氧化黑磷烯的結構和電子性質039
3.3.2 氧化黑磷烯的壓電效應042
3.3.3 氧化黑磷烯的光學性質047
3.4 結論048
第4章 二維twist-boat 氧化磷烯的壓電效應049
4.1 引言049
4.2 理論計算方法051
4.3 結果與討論051
4.3.1 twist-boat 構型氧化磷烯的結構和穩(wěn)定性051
4.3.2 twist-boat 構型氧化磷烯的電子性質054
4.3.3 twist-boat 構型氧化磷烯的壓電效應057
4.3.4 twist-boat 構型氧化磷烯的光學性質062
4.4 結論063
第5章 二維TlP 構型氫化后的壓電效應065
5.1 引言065
5.2 計算模型與方法066
5.3 結果與討論067
5.3.1 TlP 結構氫化后的結構和穩(wěn)定性067
5.3.2 TlP 結構氫化后的電子性質069
5.3.3 TlP 結構氫化后的壓電效應070
5.3.4 TlP 結構氫化后的光學性質072
5.4 結論073
第6章 二維1T-WSTe 中的拓撲相變075
6.1 引言075
6.2 計算模型與方法076
6.3 結果與討論077
6.3.1 二維1T-WSTe 的結構和電子性質077
6.3.2 二維1T-WSTe 的拓撲性質080
6.3.3 二維1T-WSTe 導帶和價帶的有效模型082
6.3.4 二維1T-WSTe 的壓電效應085
6.4 結論086
第7章 有機無機雜化鈣鈦礦的鐵電性088
7.1 引言088
7.2 計算模型與方法091
7.3 結果與討論091
7.3.1 NH4 PbI3 立方相的結構和鐵電性質091
7.3.2 NH4 PbI3 四方相的結構和鐵電性質093
7.3.3 NH4 PbI3 正交相的結構和鐵電性質095
7.3.4 NH4 PbI3 結構鐵電性的起源097
7.4 結論098
第8章 總結與展望099
8.1 總結099
8.2 展望101
參考文獻 103
附錄 129
附錄A 9 種不同氧化磷烯異構體的晶體結構參數(shù)、功函數(shù)和能量值129
附錄B 9 種不同氧化磷烯異構體的結構俯視和側視圖130
附錄C 二維TlP 構型氫化后的熱力學結構及能量圖132
附錄D 二維1T-WSTe 中的拓撲相變133
附錄E 有機無機雜化鈣鈦礦的鐵電性139
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