硅基外延OsSi2电子结构及光电特性研究

基于第一性原理密度泛函理论的赝势平面波方法,对Si（111）基外延稳定正交相OsSi₂的能带结构、态密度以及光电特性进行了研究.研究结果表明,Si（111）基外延稳定正交相的OsSi₂是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0.625 eV;其价带主要是由硅的3s,3p态电子和锇的5d态电子构成,导带主要由锇的5d态电子与硅的3s,3p态电子构成;其静态介电函数为15.065,折射率为3.85,吸收系数最大峰值为3.9665×10⁵cm^-1.利用理论计算的能带结构和态密度研究了Si（111）基外延稳定正交相OsSi₂的介电函数、折射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数的变化规律,为Si（111）基外延OsSi₂的应用提供了理论基础.     

Si基外延Ru2Si3电子结构及光学性质研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法,对异质外延关系为Ru₂Si₃ （100）//Si（001）,取向关系为Ru₂Si₃［010］//Si［110］正交相的Ru₂Si₃平衡体系下的能带结构、态密度和光学性质等进行了理论计算.计算结果表明：当晶格常数a取值为1093 nm时,正交相Ru₂Si₃处于稳定状态并且是具有带隙值 关键词： 外延 第一性原理 电子结构 光学性质     

P掺杂正交相Ca_2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论第一性原理超软贋势平面波方法系统计算了Ca2Si及P掺杂Ca2Si的电子结构、光学性质,分析了P掺杂对Ca2Si的能带结构、电子态密度、光学性质的影响.计算结果表明:掺入P后Ca2Si的能带向低能方向偏移,禁带宽带为0.557 95eV,价带主要由Si的3p,P的3p以及Ca的4s、3d电子构成,导带主要由Ca的3d电子贡献.通过能带结构和态密度分析了P掺杂正交相Ca2Si的复介电函数、折射率、反射谱、吸收谱和能量损失函数,结果表明P掺杂增强了Ca2Si的光利用率,说明掺杂能够有效改变材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发、应用提供理论依据.     

M’型GdTaO4电子结构的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的赝势平面波方法计算了M’型GdTaO₄的电子结构.结果表明：M’型GdTaO₄价带顶主要由O-2p电子构成,导带底由Ta-5d的e轨道电子构成;当U_eff=8 eV时,自旋向上和自旋向下的Gd-4f电子分别局域于价带顶以下627 eV和导带底以上301 eV处;计算得到M’型GdTaO₄的折射率为224,与应用半经验的Gladstone-Dale关系得到的结果符合得很好. 关键词： M’型钽酸钆 第一性原理计算 能带 态密度     

LiGaX2(X=S,Se, Te)的电子结构,光学和弹性性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对LiGaX₂(X=S, Se, Te)的能带结构、态密度、光学以及弹性性质进行了理论计算. 能带结构计算表明LiGaS₂ 的禁带宽度为4.146 eV, LiGaSe₂ 的禁带宽度为3.301 eV, LiGaTe₂ 的禁带宽度为2.306 eV; 其价带主要由Ga-4p 层电子和X- np 层电子的能态密度决定; 同时也对LiGaX< 关键词： 电子结构 光学性质 弹性性质 LGX     

(α,β,γ)-Nb5Si3电子结构和光学性质研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用局域密度近似,计算了不同结构的α-Nb₅Si₃,β-Nb₅Si₃和γ-Nb₅Si₃的电子结构、态密度以及光学性质.计算结果表明,Nb₅Si₃费米能级附近价带主要是由Nb的4d轨道及Si的3s和3p轨道贡献,导带主要由Nb的4d轨道贡献;Nb₅Si₃的光学性质具有各向异性的特征,其零频介电常数ε₁（0）=207,折射率n₀=13;在15 eV以上的高能区表现为无色透明.     

MgCNi3的电子结构、光学性质与超导电性

用第一性原理的密度泛函能带计算方法研究了新近发现的超导体MgCNi3的电子能带结构.计算结果表明其电子结构的基本特征是：Ni的3d态和C的2p态的杂化组成了MgCNi3的导带，费米面附近的物理性质主要由来源于Ni的3d电子态决定.在费米能级(EF)以下30eV的范围内，Ni 3d态构成了能带色散微弱的密集电子态，EF恰好落在Ni 3dyz+zx和3d3z2-r2电子态密度.C 2p态分布在EF以下40—70eV的区域内，Mg主要是以二价离子Mg2+的形式存在.Mg原子的掺杂导致了Ni原子的3d态基本上全部占据，引起Ni原子磁矩的消失.费米能级EF处的态密度N(ＥＦ)是550(states/eV·cell)，由此得到的Sommerfeld常数γeal～445mJ/mol·K2.基于第一性原理的光学性质的计算结果表明：在0—12eV的范围内光吸收主要是从占据的Ni 3d态向C　2p和Ni4s的跃迁.根据这些结果得出结论：MgCNi3的超导电性基本上是强耦合的BCS电子-声子作用机理. 关键词： MgCNi3 高温超导体 电子结构 光学性质     

YFe2B2电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论,从头计算了具有ThCr₂Si₂型四方晶系的稀土金属化合物Yfe₂B₂体相的物理特性.能量计算结果表明Yfe₂B₂体相处于顺磁金属态;而能带结构、态密度、布居数以及差分电荷　分布的计算结果表明Y原子的5s,5p电子具有很强的局域性;Fe原子的3d电子和B的1s,2s和2p电子强烈耦合,使得最近邻Fe原子与B原子形成了Fe—B共价键;最近邻的两个Fe原子之间由于 关键词： 稀土金属化合物 第一性原理计算 能带结构 态密度     

掺杂Mg2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法系统计算了Mg2Si及掺Ag、Al的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明,未掺杂Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0.2994 eV,其价带主要由Si的3p及Mg的3s、3p态电子构成,导带主要由Mg的3s、3p及Si的3p态电子构成,静态介电常数为18.89,折射率为4.3460.掺Ag后Mg2Si为p型半导体,价带主要由Si的3p,Mg的3s、3p及Ag的3p、4d、5s态电子构成,静态介电常数为11.01,折射率为3.3175.掺Al后Mg2Si为n型半导体,导带主要由Mg的3s、3p,Si的3p及Al的3p态电子构成,Al的3s态电子贡献相对较小,静态介电常数为87.03,折射率为9.3289.通过掺杂有效调制了Mg2Si的电子结构,计算结果为Mg2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

Ba0.5Sr0.5TiO3电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理研究了Ba_0.5Sr_0.5TiO₃的能带结构和光学性质.结果表明,导带和价带都来源于钛原子3d轨道和氧原子2p轨道的杂化.导带主要由钛原子的3d轨道贡献,价带主要由氧原子的2p轨道贡献.吸收系数为10⁵ cm^-1量级,且吸收主要集中在低能区.折射率为n（0）=2.1,结果与实验符合. 关键词： 第一性原理 能带结构 光学性质     

黑索金电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对黑索金晶体的电子结构和光学性质进行了计算. 结果表明: 黑索金是能隙值为3.43 eV的绝缘体, 价带主要由C, N和O的2s与2p态构成, 而导带主要由N-2p和O-2p态构成; 静态介电函数ε₁(0)=1.38, 介电常数的虚部有5个峰值, 其中最大峰值在光子能量4.59 eV处, 并对造成这些峰值的可能的电子跃迁做了详细分析. 利用能带结构和态密度分析了黑索金的光反射系数、吸收系数及能量损失函数等光学性质, 发现黑索金是对光吸收、反射及能量损失不敏感的材料. 关键词： 黑索金 第一性原理 电子结构 光学性质     

First-principles calculations on the electronic structure and optical properties of BaSi<Subscript>2</Subscript>

The electronic structure, densities of states and optical properties of the stable orthorhombic BaSi₂ have been calculated using the first-principle density function theory and pseudopotential method. The results show that BaSi₂ is an indirect semiconductor with the band gap of 1.086 eV, the valence bands of BaSi₂ are mainly composed of Si 3p, 3s and Ba 5d, and the conduction bands are mainly composed of Ba 6s, 5d as well as Si 3p. The static dielectric function ɛ ₁(0) is 11.17, the reflectivity n ₀ is 3.35, and the biggest peak of the absorption coefficient is 2.15×10₅ cm⁻¹. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60566001 and 60766002), the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20050657003), the Scientific Research Foundation for the Returned Overseas Chinese Scholars, Ministry of Education of China (Grant No. (2005)383), the Specialized Fund of Nomarch for Excellent Talent of Science and Technology of Guizhou Province (Grant No. Z053114), the Scientific and Technological Projects for the Returned Overseas of Guizhou Province (Grant No. (2004)03), and the Top Talent’s Scientific Research Project of Organization Department of Guizhou Province (Grant No. Z053123)     

Si(001)面上外延生长的Ru2 Si3电子结构及光学性质研究

基于第一性原理的赝势平面波方法,对异质外延关系为Ru2Si3(100)//Si(001),取向关系为Ru2Si3[010]//Si[110]正交相的Ru2Si3平衡体系下能带结构、态密度和光学性质等进行了理论计算.计算结果表明:当1.087 nm≤a≤1.099 nm时,正交相Ru2Si3的带隙值随着晶格常数a取值的增大而增大.当a取值为1.093 nm时,体系处于稳定状态,此时Ru2Si3是具有带隙值为0.773 eV的直接带隙半导体.Ru2Si3价带主要是由Si的3p,3s态电子及Ru 4d态电子构成;导带主要由Ru的4d及Si的3p态电子构成.外延稳定态及其附近各点处Ru2Si3介电函数的实部和虚部变化趋势基本一致,但外延稳定态Ru2Si3介电函数的曲线相对往低能区漂移,出现的介电峰减少且峰的强度明显增强.     

Sc2O3电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,研究了Sc2O3的电子结构、态密度和光学性质. 计算结果表明：Sc2O3是一种直接带隙半导体,其能带宽度为3.79eV,价带顶部主要由O的2p和Sc的3p3d杂化而成,导带主要由Sc的3d和O的2p构成. 同时,文中也分析了Sc2O3的介电函数、折射率、光电导率和吸收谱等光学性质. 计算得到静态介电常数 ,折射率n0=1.25,在紫外区有较大的吸收系数.     

二维缺陷GaAs电子结构和光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了存在Ga空位缺陷和掺杂B原子的二维GaAs的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明空位缺陷二维GaAs显示出金属特性,B原子的引入使体系变为间接带隙半导体,禁带宽度为0.35 eV.态密度计算发现体系低能带主要由Ga的s态、p态、d态和As的s态、p态构成;高能带主要由Ga和As的s态、p态构成.掺杂B原子与存在空位缺陷的二维GaAs相比,静态介电常数相对较低,变为8.42,且易于吸收紫外光,在3.90～8.63 eV能量范围具有金属反射特性,反射率达到52%.     

First-Principles Calculations on Electronic,Chemical Bonding and Optical Properties of Cubic Hf_3N_4

Electronic,chemical bonding and optical properties of cubic Hf 3N4(c-Hf3N4) are calculated using the firstprinciples based on the density functional theory(DFT).The optimized lattice parameter is in good agreement with the available experimental and calculational values.Band structure shows that c-Hf3N4 has direct band gap.Densities of states(DOS) and charge densities indicate that the bonding between Hf and N is ionic.The optical properties including complex dielectric function,refractive index,extinction coefficient,absorption coefficient,and reflectivity are predicted.From the theory of crystal-field and molecular-orbital bonding,the optical transitions of c-Hf3N4 affected by the electronic structure and molecular orbital are studied.It is found that the absorptive transitions of c-Hf3N4 compound are predominantly composed of the transitions from NT22p valence bands to HfT2(dxy,dxz,dyz) conduction bands.     

Dependence of optical properties of monoclinic MnWO4 on the electric field of incident light

Considering the electric field of incident light along four particular directions [100], [110], [011], and [010], the optical properties of monoclinic MnWO₄ were investigated by the first-principle methods. The calculated electronic structures show that the O 2p states and Mn 3d states dominate the top of the valence bands, while the W 5d and Mn 3d states play a key role in the bottom of the conduction bands. The dielectric function and other optical properties, including absorption coefficient, reflectivity spectra, and energy-loss spectra, were calculated and analyzed. The results predicted the maximum static dielectric function when the electric field of incident light was along the [100] direction; meanwhile the absorption edge was calculated to be consistent with the energy band gap and the values and positions of peaks in absorption coefficient are related with the electric field of light. Otherwise, it is found that the appearance of peaks in the energy-loss spectra is also dependent on the electric field and simultaneously corresponds to the edge of absorption spectra and the peaks' position of reflectivity spectra.     

ZnNb2-xTaxO6（x=0～2.0）材料电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法,理论研究了不同计量Ta掺入ZnNb2O6材料的光电特性。通过对ZnNb2-xTaxO6(x=0~2.0)材料键结构和态密度的计算,并结合带间电子跃迁分析了材料的介电函数、折射率、反射率以及吸收系数。计算结果显示:(1)ZnNb2-xTaxO6(x=0~2.0)为间接半导体,带隙随着Ta原子的掺入呈下降趋势(x=0,Eg=3.51eV;x=2,Eg=2.916eV),随着Ta掺入量的增加导带顶逐渐移向费米面。态密度主要由O2p、Zn3d、Nb4d、Ta5d轨道组成;(2)ZnNb2-xTaxO6(x=0~2.0)价电子态呈现为非对称,具有很强的局域性,对材料整体的电子结构和键特性有重要的影响;(3)介电函数的计算表明,ZnNb2-xTaxO6(x=0~2.0)材料各向异性,最大吸收峰在3.02×105cm-1附近,消光系数在带边表现出较强的吸收特性,进一步以带结构和态密度为出发点,探讨了电子带间跃迁的光电机理。该结果为研制高性能光电器件用新型功能材料提供了理论依据。     

低对称层状ReS2的电子结构和各向异性光学性质研究

采用第一性原理赝势平面波方法计算了三斜晶系低对称层状半导体二硫化铼（ReS2）的晶体结构、电子结构及光学性质。结果表明：扭曲的1T结构为ReS2的稳定结构, Re原子与其周围的S原子形成六配位的近似八面体结构,Re-S键长最大偏差为8.3%,Re-S键布局数最大偏差为40.5%,表明ReS2结构的低对称性;ReS2为直接带隙半导体,费米面附近的价带和导带主要由Re的5d及S的3p轨道电子构成,其中Re的5d轨道电子的贡献最大;当入射偏振光沿着[100]和[010]方向时,介电函数的实部（或虚部）非常接近,而当入射偏振光沿[001]方向时,介电函数的实部（及虚部）表现出明显的各向异性,主要是由于ReS2的结构低对称性和弱层间耦合造成的。