First-Principles Study on the Phase Transition Behavior of KNbO3 under High Pressure

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0068

Abstract

Abstract: To gain a comprehensive understanding of the phase transition behavior of perovskite oxide KNbO₃ under high pressure conditions， and provide crucial parameters for the engineering applications of ferroelectric materials under extreme conditions， a first-principles method based on density functional theory was employed in this study. The structural phase transitions， elastic properties， and electronic properties of KNbO₃ under high pressure were systematically investigated at absolute zero （0 K）. The results indicate that the most stable structure of KNbO₃ is the orthorhombic Amm2 structure at zero pressure. The material exhibits ductility and is characterized as a central-force solid. Within the pressure range from 0 GPa to 50 GPa， KNbO₃ undergoes two phase transitions： from the Amm2 structure to the tetragonal P4mm structure under 7.7 GPa， and from the P4mm structure to the trigonal R3mR structure under 10.1 GPa. Both phase transitions are accompanied by volume changes and are classified as first-order phase transitions. Elastic analysis reveals that KNbO₃ transitions from ductility to brittleness during the phase transitions and exhibits significant elastic anisotropy. Band structure analysis shows that the band gap of the Amm2 structure under zero pressure is 2.125 eV， indicating an indirect band gap semiconductor. As pressure increases， the band gap initially decreases and then increases. This study not only enriches the understanding of the phase transition behavior of KNbO₃， but also provides theoretical support for the design and application of new KNbO₃ materials.

Key words: KNbO₃; first-principle; density functional theory; structural phase transition; elastic property; electronic property

CLC Number:

O482

LENG Haoning, SUN Xiaoxiao, MU Baixu, NING Lina. First-Principles Study on the Phase Transition Behavior of KNbO₃ under High Pressure[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2025, 54(9): 1584-1592.

Figures/Tables 8

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Pmmm	0.401 9	0.401 9	0.401 9	K 4c（0.000 0，0.000 0，0.000 0） Nb 8d（0.500 0，0.500 0，0.500 0） O 8e（0.500 0，0.000 0，0.500 0） O 8f（0.500 0，0.500 0，0.000 0） O 8g（0.000 0，0.500 0，0.500 0）	-3 647.558 1	This paper

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R3cH	0.572 2	0.572 2	1.409 9	K 6a（0.000 0，0.000 0，0.272 3） Nb 6a（0.000 0，0.000 0，0.016 4） O 18b（0.099 9，0.336 7，0.083 3）	-3 647.590 7	This paper
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