N掺杂Cu2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

采用射频磁控溅射技术, 在不同温度下制备了N掺杂Cu₂O薄膜．透射光谱分析发现, N掺杂导致Cu₂O成为允许的带隙直接跃迁半导体, 并使Cu₂O的光学禁带宽度增加．不同温度下沉积的薄膜光学禁带宽度E_g=2.52± 0.03 eV．第一性原理计算表明, N掺杂导致Cu₂O的禁带宽度增加了约25%, 主要与价带顶下移和导带底上移有关, 与实验报道基本符合．N的2p电子态分布不同于O原子, 在价带顶附近具有较大的态密度是N掺杂Cu₂O变成允许的带隙直接跃迁半导体的根本原因．     

Cd掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法，对掺杂Cd导致ZnO禁带宽度下降的机理进行了研究. 通过对掺杂前后电子能带结构，态密度以及分态密度的计算和比较，发现Cd_xZn_1-xO价带顶端(VBM)始终由O-2p占据；而导带顶端(CBM)则由Cd-5s与Zn-4s杂化轨道控制. 随着掺杂浓度的增加，决定带隙宽度的CBM的位置下降，同时VBM的位置上升，从而导致了带隙的变窄，出现了红移现象. 此外，Cd掺杂会使晶胞发生膨胀，这种张应变也是导致Cd     

In掺杂ZnO电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同掺杂量下In掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,In的掺杂导致ZnO禁带宽度变窄.随着掺杂量的增大,In_xZn_1－xO的导带底和价带顶同时下降,但是导带底比价带顶下降得多,这导致了带隙的变窄.此外,In掺杂使晶胞晶格常数增大,这对带隙的变窄也有一定作用.     

金掺杂锯齿型石墨烯纳米带的电磁学特性研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了金原子填充锯齿型石墨烯纳米带 (ZGNRs)中双空位结构的电磁学特性. 计算结果表明: 边缘位置是金原子的最稳定掺杂位置, 杂质原子的引入导致掺杂边缘的磁性被抑制, 不过掺杂率足够大时, 掺杂边缘的磁性反而恢复了. 金掺杂纳米带的能带结构对掺杂率敏感: 随着掺杂率的增大, 掺杂纳米带分别表现半导体特性、半金属特性以及金属特性. 本文的计算表明金原子掺杂可以调制ZGNR的磁性以及能带特性, 为后续实验起指导作用, 有利于推动石墨烯材料在自旋电子学方面的应用.     

共轭低聚物中光生分子间电荷转移态的第一性原理研究

本文基于第一性原理中的Heyd-Scuseria-Ernzerh方法研究了单层In_1-xGa_xN的电子结构和光学性质.计算得到单层In_1-xGa_xN的能带结构和态密度（DOS）,发现随着掺杂比例的变化,体系带隙的变化范围是1.8~3.8 eV,表明通过Ga的掺杂可以实现体系带隙值的调节.并且还研究了单层In_1-xGa_xN的介电函数,折射率和吸收系数等光学性质,结果表明随着Ga掺杂浓度的增加,介电函数谱的主峰和吸收谱发生了显著的蓝移.此外,基于能带结构和态密度图谱,对单层In_1-xGa_xN的光学性质进行分析,预测这种材料独特的光学性质在纳米电子学和光学器件中会有广泛的应用.     

量子限制受主远红外电致发光器件的制备与测量

采用分子束外延技术生长GaAs/AlAs三量子阱,并在中间的GaAs阱中δ-掺杂浅受主杂质Be原子,制作出量子限制受主远红外Teraherz原型电致发光器件.实验上测量得到4.5 K时器件的电致发光谱（EL）和电传输特性（I-V曲线）.在EL发射谱中清楚地观察到222 cm^-1处宽的尖峰,这来源于Be受主奇宇称激发态到其基态的辐射跃迁,而非辐射弛豫过程则使发射谱的信号很弱.另外在I-V曲线中072和186 V的位置出现两个共振隧道贯穿现象,分别对应于中间δ-掺杂量子阱受主能级1s_3/2(Γ₆+Γ₇)到左边非掺GaAs量子阱中HH带,及右边非掺杂GaAs量子阱中HH重空穴带到中间掺杂GaAs量子阱中Be受主杂质原子奇宇称激发态2p_5/2(Γ₆+Γ₇)能级的共振隧穿.     

萤石结构TiO2的电子结构和光学性质

利用第一性原理计算了立方相萤石TiO₂的晶胞参数，能带结构和电子态密度.结果显示萤石TiO₂属于间接带隙半导体材料，其间接禁带宽度(Γ→X)E_g为2.07eV，比常见的金红石和锐钛矿TiO₂的禁带宽度窄.为了更清楚地了解萤石的光学性质，利用Kramers-Kronig色散关系，分别对萤石和金红石TiO₂的复介电常数、吸收率等参数进行了计算，并将二者结果做了     

由单负材料组成的一维对称型光子晶体中的隧穿模

由电单负材料A和磁单负材料B构成了一维对称型光子晶体,数值计算表明其带隙中出现了一隧穿模. 材料层数增加,隧穿模宽度急剧变窄,而其位置不变.隧穿模的位置和宽度对入射角的变化都不太敏感. 材料的几何厚度减小,隧穿模的位置蓝移,而其宽度不变. μ_A, ε_B增加,隧穿模的位置红移,宽度减小. 利用隧穿模的以上特性可以实现对电磁波传播的动态调控.     

纤锌矿BeO掺Cd的电子结构与能带特性研究

采用基于密度泛函理论平面波赝势方法, 对纤锌矿BeO掺Cd的Be_1-xCd_xO合金进行电子结构与能带特性研究. 结果表明: Be_1-xCd_xO的价带顶始终由O 2p电子态决定, 而导带底由Be 2s和Cd 5s的电子态决定.随着Be_1-xCd_xO合金的Cd掺杂量增加, Cd 4d与O 2p的排斥效应逐渐加强, 同时Be_1-xCd_xO的带隙逐渐变小, 出现"直接-间接-直接"的带隙转变. 为了使理论值与实验值相一致, 对Be_1-xCd_xO带隙进行修正, 并分析了纤锌矿BeO-ZnO-CdO三元合金的带隙和弯曲系数与晶格常数的关系.     

BN链掺杂的石墨烯纳米带的电学及磁学特性

基于密度泛函理论第一性原理系统研究了BN链掺杂石墨烯纳米带(GNRs)的电学及磁学特性, 对锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)分非磁态(NM)、反铁磁态(AFM)及铁磁性(FM)三种情况分别进行考虑. 重点研究了单个BN链掺杂的位置效应. 计算发现: BN链掺杂扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs) 能使带隙增加, 不同位置的掺杂, 能使其成为带隙丰富的半导体. BN链掺杂非磁态ZGNR的不同位置, 其金属性均降低, 并能出现准金属的情况; BN链掺杂反铁磁态ZGNR, 能使其从半导体变为金属或半金属(half-metal), 这取决于掺杂的位置; BN链掺杂铁磁态ZGNR, 其金属性保持不变, 与掺杂位置无关. 这些结果表明: BN链掺杂能有效调控石墨烯纳米带的电子结构, 并形成丰富的电学及磁学特性, 这对于发展各种类型的石墨烯基纳米电子器件有重要意义. 关键词： 石墨烯纳米带 BN链掺杂 输运性质 自旋极化     

掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性.掺杂使扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRs）的带隙增大,不同位置掺杂AGNRs的带隙大小略有差异.在无磁性态,无论是否掺杂,锯齿型石墨烯纳米带（ZGNRs）都为金属.在铁磁态,掺杂使ZGNRs由金属转变为半导体.而处于反铁磁态时,无论是否掺杂,ZGNRs都为半导体,掺杂使其带隙发生改变.掺杂的AGNRs和ZGNRs的结构稳定,掺杂ZGNRs的基态为反铁磁态.掺杂菱形BN片可以有效调控GNRs的电子特性.     

Ab initio study of Ru-terminated and Ru-doped armchair graphene nanoribbons

We investigate the effects of ruthenium (Ru) termination and Ru doping on the electronic properties of armchair graphene nanoribbons (AGNRs) using first-principles methods. The electronic band structures, geometries, density of states, binding energies, band gap information, and formation energies of related structures are calculated. It is well founded that the electronic properties of the investigated AGNRs are highly influenced by Ru termination and Ru doping. With Ru termination, metallic band structures with quasi-zero-dimensional, one-dimensional and quasi-one-dimensional density of states (DOS) behavior are obtained in addition to dominant one-dimensional behavior. In contrast to Ru termination, Ru doping introduces small but measurable (12.4 to 89.6?meV) direct or indirect band gaps. These results may present an additional way to produce tunable band gaps in AGNRs.     

石墨烯纳米带能带结构及透射特性的扭曲效应

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了石墨烯纳米带(GNRs)电学性质的扭曲效应. 结果表明: 锯齿型石墨纳米带(ZGNRs)的带隙对扭曲形变最不敏感, 在扭曲过程中几乎保持金属性不变, 其次是W=3p-1型扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs), 扭曲时带隙也只有较小的变化. W=3p+1型AGNRs的带隙对扭曲最为敏感, 扭曲发生时, 呈现宽带隙半导体、中等带隙半导体、准金属、金属的变化, 其次是W=3p型AGNRs, 扭曲时带隙变化也较为明显. 换言之, GNRs在无扭曲时带隙越大, 扭曲发生后带隙变化(变小)越明显. 对于整个电子结构及透射系数来说, 扭曲对AGNRs影响较大, 而对ZGNRs的影响相对小些. 研究表明: 由于石墨烯容易变形, 其相关电子器件的设计必须适当考虑扭曲对电学性质的影响.     

Electronic structures for armchair-edge graphene nanoribbons under a small uniaxial strain

We theoretically investigate the electronic structures for armchair-edge graphene nanoribbons (AGNRs) under a small in-plane uniaxial strain along armchair (longitudinal) and zigzag (transversal) direction, respectively. We demonstrate that, by both the tight-binding calculation and first-principles study, the applying of a small asymmetrical strain results in variation of energy subband spacing, which opens a band gap for metallic AGNRs and modifies the band gaps for semiconducting AGNRs near the Fermi level. It is believed that these results are of importance in the band gap engineering and electromechanical applications of graphene-nanoribbon-based devices.     

First principles calculations of armchair graphene nanoribbons interacting with Cu atoms

We have investigated the electronic properties of bare, H-terminated, Cu-terminated and Cu-doped armchair graphene nanoribbons (AGNRs) using ab-initio approach. We found that H-termination enhances the stability and band gap whereas H extraction introduces dangling bands and lowers the band gap making bare ribbons indirect band gap semiconductors. The calculations revealed that strong hybridization between Cu atoms and AGNRs, lessen the band gap for Cu-terminated ribbons and gives rise to metallicity in Cu-doped AGNRs irrespective of their widths. Formation energy of considered ribbons yield that H-terminated AGNRs with lowest formation energy are most energetically favored, next are one edge Cu-terminated ribbons followed by bare ones whereas both edges Cu-doped ribbons are least energetically plausible. We predict that presence of Cu atoms in GNRs, significantly alter the band gap and can be used in band gap engineering of nanoribbons.     

单空位缺陷诱导的扶手椅型石墨烯纳米带电学性能的转变

本文基于密度泛函理论的第一性原理计算了单空位缺陷对 扶手椅型石墨烯纳米带电学特性的影响. 计算结果表明: 当单空位位于纳米带边缘位置时, 系统结构最稳定. 不同位置上单空位缺陷的引入都会使得原本为半导体的本征 扶手椅型石墨烯纳米带变成金属性; 随着单空位浓度的减小, 其对纳米带能带结构的影响逐渐减弱; 随着纳米带宽度的增大, 表征其金属性的特征值表现出震荡性的减弱. 单空位缺陷诱导的扶手椅型纳米带的半导体特性到金属特性的转变为石墨烯在 电子器件中的应用提供了理论指导. 关键词： 扶手椅型石墨烯纳米带 单空位缺陷 电学性能     

First-principle study of energy band structure of armchair graphene nanoribbons

First-principle calculation is carried out to study the energy band structure of armchair graphene nanoribbons (AGNRs). Hydrogen passivation is found to be crucial to convert the indirect band gaps into direct ones as a result of enhanced interactions between electrons and nuclei at the edge boundaries, as evidenced from the shortened bond length as well as the increased differential charge density. Ribbon width usually leads to the oscillatory variation of band gaps due to quantum confinement no matter hydrogen passivated or not. Mechanical strain may change the crystal symmetry, reduce the overlapping integral of C–C atoms, and hence modify the band gap further, which depends on the specific ribbon width sensitively. In practical applications, those effects will be hybridized to determine the energy band structure and subsequently the electronic properties of graphene. The results can provide insights into the design of carbon-based devices.     

Edge-modified zigzag-shaped graphene nanoribbons: Structure and electronic properties

Control of the band gap of graphene nanoribbons is an important problem for the fabrication of effective radiation detectors and transducers operating in different frequency ranges. The periodic edge-modified zigzag-shaped graphene nanoribbon (GNR) provides two additional parameters for controlling the band gap of these structures, i.e., two GNR arms. The dependence of the band gap E _g on these parameters is investigated using the π-electron tight-binding method. For the considered nanoribbons, oscillations of the band gap E _g as a function of the nanoribbon width are observed not only in the case of armchair-edge graphene nanoribbons (as for conventional graphene nanoribbons) but also for zigzag GNR edges. It is shown that the change in the band gap E _g due to the variation in the length of one GNR arm is several times smaller than that due to the variation in the nanoribbon width, which provides the possibility for a smooth tuning of the band gap in the energy spectrum of the considered graphene nanoribbons.     

石墨烯纳米带的制备与电学特性调控

石墨烯由于其独特的晶体结构展现出了特殊的电学特性,其导带与价带相交于第一布里渊区的六个顶点处,形成带隙为零的半金属材料,具有优异的电子传输特性的同时也限制了其在电子学器件中的使用.因而科研人员尝试各种方法来打开其带隙并调控其能带特性,主要有利用缺陷、应力、掺杂、表面吸附、结构调控等手段.其中石墨烯纳米带由于量子边界效应和限制效应,存在带隙.本综述主要介绍了制备各类石墨烯纳米带的方法,并通过精确调控其细微结构,从而对其进行精确的能带调控,改变其电学特性,为其在电子学器件中的应用提供一些可行的方向.     

扶手椅型石墨纳米带的双空位缺陷效应研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理电子结构和输运性质计算,研究了扶手椅型石墨纳米带（具有锯齿边缘）的双空位缺陷效应.研究发现：双空位缺陷的存在并没有改变石墨纳米带的金属特性,但改变了费米面附近的能带结构.同时,双空位缺陷的取向对石墨纳米带的输运性质有很重要的影响.对于奇数宽度的纳米带,斜向双空位缺陷使得石墨带导电性能减弱,而垂直双空位能基本保留原有的线性伏安特性,导电性能降低较少;对于偶数宽度的纳米带,斜向双空位缺陷会使石墨带导电性能明显增强,而垂直双空位缺陷则具有完整石墨带的输运性质. 关键词： 石墨纳米带 585双空位缺陷 电子结构 输运性质