块状BiFeO₃（BFO）是ABO₃扭曲钙钛矿结构，空间群是161号的R3c相，其内部的极化序和磁性相互耦合，会产生磁电耦合效应。铁酸铋的这些优点使其在智能设备、磁电传感器、自旋电子设备、存储器的材料制备上有巨大的应用前景。但是，铁酸铋结构的不稳定性、较弱的磁性以及较高的漏电流，这些缺点会阻碍铁酸铋磁电耦合效应的强度。A位阳离子一般情况贡献极性，B位阳离子一般情况贡献磁性，我们可以在A、B位替代掺杂合适的元素来改善铁酸铋的性能。因此，用第一性原理计算模拟不同类型的离子掺杂对电子结构、能带结构、态密度、电荷密度、磁矩、介电常数等方面的影响，所得结果对深入研究掺杂改性铁酸铋多铁材料的微观机理具有参考价值。

IAM团队的李兴鳌教授课题组最近报道了稀土元素La，Gd，Er，Lu（按照每单胞0.2的量掺杂）和过渡金属Co共掺BiFeO₃的性质。该计算所得表明，La掺杂 BiFe_0.9Co_0.1O₃（BFCO）引起带隙能量降低到1.71 eV，Er掺杂使带隙能量降低到0.80eV，使体系变为半金属特性；Gd和Lu掺杂增强体系的金属性，BLuFCO和BGdFCO的态密度图和能带图说明Lu和Gd元素掺杂使体系从半导体状态变为导体状态。BEFCO，BLaFCO，BGdFCO和BLuFCO的整体磁矩分别为4.901，4.896，9.268和4.816 B。此外掺杂明显增强反射率和折射率，稀土（尤其是Lu (4f¹⁴)和Gd (4f⁷)）元素的4f电子对介电函数ℇ()有非常明显的影响，光学跃迁主要来源于O-2p态价带到Fe-3d态或者Lu/Gd的4f导带的电子转移。以上结论表明BLuFCO和BGdFCO体系在制备光伏设备上具有很大的应用前景。该项工作近期发表在Comput. Theor. Chem.，2016，1084，36-42。

该工作得到了教育部创新团队、国家级协同创新中心项目、国家自然科学基金委等项目的资助和支持。

文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210271X16300585

文章附件：First principles investigation on the electronic, magnetic and optical properties of Bi_0.8M_0.2Fe_0.9Co_0.1O₃(M _ La, Gd, Er, Lu).pdf