B掺杂BaTiO3的电子结构和磁性的第一性原理研究

利用基于第一性原理的自旋极化密度泛函理论计算了B掺杂BaTiO3的稳定性、电子结构和磁学性质.结果表明B掺杂BaTiO3体系稳定,并表现为铁磁性.B替位掺杂BaTiO3体系的磁性机制可归结为部分B2p电子的自旋极化和B2p/O2p与Ti3d电子的p-d耦合作用,B间隙掺杂BaTiO3体系中磁性源于未配对Ti3d电子的自旋极化.     

Cu替位与空位及Cu、S共掺SnO2的光磁性质研究

运用第一性原理,基于密度泛函理论,计算了Cu分别以替位和空位两种方式掺杂SnO2的电子结构和光电特性,并对两种掺杂方式做了一定的比较研究;磁性方面,主要研究了Cu、S共掺SnO2后的磁学性能.计算表明,两种方式掺杂,都使SnO2具有半金属特性,Cu原子将与周围的O原子发生强烈的交换作用,Cu原子对态密度的贡献主要在费米能级附近.相比之下,空位掺杂后的晶胞体积略大于替位掺杂后的SnO2,对光的能量损耗也比替位掺杂的低.对于Cu、S共掺的体系,计算表明:每个Cu原子的掺入将产生0.46μB的磁矩,而一个S原子将引入0.36μB的磁矩,Cu原子周围的O原子也对磁矩有一定的贡献.经过分析,发现体系的磁性来源主要是Cu-3d和S-3p,以及Cu-3 d与O-2 p间的强烈耦合作用.     

N掺杂LaAlO3电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理计算N掺杂LaAlO3的稳定性、电子结构和磁学性质.计算结果表明:N掺杂LaAlO3的结构稳定;而且从生成焓数值看,替位掺杂比间隙掺杂结构更稳定.形成能计算结果表明,还原环境比氧化环境更适合N掺杂,并且在还原环境下,NH3作为N源生成替位掺杂的LaAlO3-x Nx的形成能最小,即最容易形成替位掺杂.N替代LaAlO3中的O原子和位于LaAlO3晶胞间隙均产生铁磁性,其磁性均源于掺杂N-2p电子与体系价带顶O-2p电子间的p-p耦合作用.     

F掺杂四方钙钛矿结构BiFeO3的铁磁性和电子结构第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了F掺杂四方钙钛矿结构BiFeO3(T-BiFeO3)的铁磁性和电子结构.基于T-BiFeO3的四种磁结构,本文计算了两种可能的掺杂位置,确定了最稳定的T-BiFeO3-x Fx结构.研究发现,不同F的浓度对T-BiFeO3的总磁矩影响不同,当掺杂为T-BiFeO2.75 F0.25时,其总磁矩最大,为2μB.进一步分析发现,T-BiFeO3-x Fx的总磁矩主要来源于F原子及其最近邻的Fe原子.电子结构分析表明,费米能级附近的杂质态主要是掺杂后Fe 3d轨道和O 2p轨道向高能级移动而形成的.另外,T-BiFeO2.75 F0.25具有比较大的极化强度.     

超声喷雾热解法制备稀磁掺杂ZnO薄膜的研究

近年来,基于ZnO稀磁半导体在自旋电子器件方面的潜在应用价值,过渡金属掺杂的ZnO材料被广泛研究.但由于p型ZnO材料的制备非常困难,获得具有室温以上居里温度的Mn掺杂p型ZnO基稀磁半导体仍然是个难题.在N-In共掺杂成功实现ZnO薄膜p型掺杂的前期研究基础上,本研究采用超声喷雾热解(USP)法在Si基底上制备了Zn1-x,MnxO系列薄膜样品.X射线衍射表明所有ZnO薄膜样品都具有纤锌矿结构,没有发现其他物相的衍射峰存在.薄膜形貌研究发现,样品中的颗粒分布均匀.磁性测量表明N-Mn-In掺杂的样品显示出室温铁磁性.对N-Mn共掺杂和N-Mn-In掺杂的样品进行热处理后,发现薄膜的铁磁性能与薄膜中的空穴载流子具有直接的关联,这一现象与Mn掺杂的p型ZnO会显示室温铁磁性的理论预测是一致的,并用束缚磁性极化子模型解释了ZnO薄膜的铁磁性来源.     

Mg,N掺杂β-Ga2O3光电性质的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Mg单掺杂、N单掺杂和不同浓度的Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃的结构性质、电子性质和光学性质,以期获得性能比较优异的p型β-Ga₂O₃材料。建立了五种模型:Mg单掺杂、N单掺杂、1个Mg-N共掺杂、2个Mg-N共掺杂和3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃。经过计算,3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃体系的结构最稳定。此外,在5种模型中,3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃体系的禁带宽度是最小的,并且N 2p和Mg 3s贡献的占据态抑制了氧空位的形成,从而增加了空穴浓度。因此,3个Mg-N共掺杂β-Ga₂O₃体系表现出优异的p型性质。3个Mg-N共掺杂体系的吸收峰出现明显红移,在太阳盲区的光吸收系数较大,这归因于导带Ga 4s、Ga 4p、Mg 3s向价带O 2p、N 2p的带间电子跃迁。本工作将为p型β-Ga₂O₃日盲光电材料的研究和应用提供理论指导。     

Sb-Na共掺p型ZnO的第一性原理研究

运用密度泛函理论,计算了Sbzn、Nazn、Sbzn-nNazn掺杂ZnO晶体的稳定性、能带结构和电子态密度.研究发现Sbzn、Nazn、Sbzn-nNazn掺杂ZnO晶体的结构稳定,Sb-Na共掺杂改善了体系的固溶度.能带结构表明,SbZn体系为n型间接带隙半导体材料;NaZn、Sbzn-2NaZn体系为p型半导体材料;Sbzn-NaZn、SbZn-3NaZn体系为本征半导体材料.对p型半导体材料体系的导电性能研究发现,Sbzn-2Nazn体系电导率大于NaZn体系的电导率,即Sbzn-2NaZn掺杂改善了体系的导电性.计算结果为实验制备p型ZnO材料提供了理论指导.     

稀土元素Sm与C共掺SnO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理密度泛函理论,计算了Sm-C共掺SnO2体系的能带结构、能态密度、光学性质.计算结果表明:Sm-C近邻共掺体系的晶胞的结构比较稳定.在电子结构方面,共掺体系的禁带宽度值最小,表明电子从价带激发到导带所需的能量最小.在光学性质方面,掺杂体系都发生了红移,其中Sm-C共掺体系的红移程度最大,增强了对可见光的响应范围;在可见光区,掺杂体系的反射系数、静态介电常数、静态折射率的值都大于纯SnO2,且Sm-C共掺杂体系的值最大.     

基于第一性原理对硅取代、掺杂锯齿形石墨烯纳米带的电子结构及输运性质的研究

本文基于第一性原理对硅取代、掺杂石墨烯纳米带不同位置的电子能带结构、态密度及电子器件的电子输运性质进行了分析与研究.结果表明,锯齿形石墨烯纳米带(ZGNRs)在硅原子取代及掺杂后由原来的半导体态转变为金属态.在各种模型中,对于体系态密度有贡献的一般为原子指数为1、在p轨道的硅原子(Si1p);原子指数为2、在p轨道的硅原子(Si2p)和碳原子(C2p);少量的原子指数为1、在s轨道的氢原子(H1s)和碳原子(C1s).经分析,在各取代位置中两端硅原子取代的锯齿形石墨烯纳米带的体系能量最小,表明其为最有可能发生的取代位置.在掺杂位置中,体系能量计算结果显示填隙硅原子的能量更低,最有可能发生此种掺杂.电子输运性质的研究中,在所有的取代位置中单边硅原子取代组成的电子器件电子输运性质最好.在所有电子器件模型中电子输运性质最好的是填隙硅原子掺杂模型.     

高压对C掺杂碱土金属硫化物磁性的影响

采用第一性原理的平面波赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),分别计算了在常压和高压下,C掺杂碱土金属硫化物X4CS3(X =Ca,Sr和Ba)的磁矩,体积和总能量随压强的变化情况以及Ca4CS3的能带结构和电子态密度.结果表明,随着压强的增大X4CS3的铁磁性减弱最终发生磁相变由铁磁态(FM)转变为非铁磁态(NM).磁性相变主要原因是由于阴离子p态能带的增宽所导致的磁性坍缩.     

Crystal and molecular structures of di-µ-azido-bis-[N,N,N′,N′-tetramethylethylenediamine azido copper(II)]

The title compound has been synthesized and its structure at room temperature has been solved. It crystallizes in the space groupP2₁/c, witha=9.581(5),b=13.746(4),c=8.869(1) Å, β=101.000(5)°, andZ=2. The structure was refined toR=0.029 from 1738 reflections. It consists of centrosymmetric dimeric units with two asymmetric end-to-end azido bridges. Each copper(II) ion is fivefold coordinated in the form of a slightly distorted square-based pyramid CuN₅. The apical position is occuped by a nitrogen atom of the azido bridge with a Cu-N apical bond of 2.456(6) Å. The Cu-N bond with the azido bridge in the basal plane is 1.979(5) Å. The intradimer Cu?Cu distance is 5.004(2) Å. The magnetic properties and the X-band EPR spectrum are interpreted in the light of these structural data.     

Ag,O共掺实现p型氮化铝纳米管电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理的平面波超软赝势法对(6, 0)单壁氮化铝纳米管、Ag掺杂,以及Ag和O共掺纳米管进行了几何结构优化。计算讨论了掺杂前后氮化铝纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度。研究显示:本征氮化铝纳米管、Ag掺杂和Ag-O共掺氮化铝纳米管的带隙分别为2.49 eV、1.84 eV和1.80 eV。掺杂构型仍然保持半导体特性,Ag掺杂氮化铝纳米管的价带顶贯穿费米能级从而形成简并态,实现了氮化铝纳米管的p型掺杂,但Ag-4d态和N-2p态电子轨道间有强烈的杂化效应,Ag的单掺总体上是不稳定的。O掺入后,Ag与O之间的吸引作用克服了Ag原子之间的排斥作用,使Ag在氮化铝纳米管中的掺杂更加稳定;共掺纳米管体系的带隙相较于单掺纳米管体系更加窄化,导电性进一步增强。Ag和O共掺有望成为获得p型氮化铝纳米管的有效方法。     

Na-Ti共掺LiFePO4电子结构及弹性性质的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建了Na-Ti共掺LiFePO₄的模型,并利用CASTEP模块计算了共掺体系的电子结构和弹性性质。计算结果表明,由于引入了杂质原子,共掺体系的晶胞参数略微增加,带隙由0.695 eV降低至0.473 eV,电子跃迁所需能量减小。并且锂离子迁移势垒由0.34 eV降低至0.25 eV,使得共掺后的结构导电性增强。弹性性质计算结果表明,共掺后结构的体积模量、剪切模量以及杨氏模量均有不同程度的下降,而计算的泊松比显示材料掺杂前后均为脆性,但共掺杂后的材料塑性强于未掺杂的材料,并且共掺后晶体的各向异性减弱,提高了LiFePO₄的延展性。     

Crystal and molecular structure of bis[pyridine-2-(N-cyanocarboxamidato)]aquocopper(II), Cu(C5H4NCONCN)2(OH2)

Bis[pyridine-2-(N-cyanocarboxamidato)]aquocopper(II), Cu(C₅H₄NCONCN)₂(OH₂), has been prepared and its i.r. spectrum and crystal structure have been determined. The crystals are triclinic (P¯1):a = 11·45(1),b = 10·35(1),c = 7·48(1) Å, = 110·9(1), = 102·2(2), = 108·9(1)°,Z = 2. The X-ray analysis, carried out using three-dimensional Patterson, Fourier and least-squares methods (finalR = 5·7%), showed copper(II) to be pentacoordinated, with two organic ligands chelating through their pyridine [Cu-N = 1·997(4), 1·989(4) Å] and amide nitrogen atoms [Cu-N = 1·980(7), 2·006(6) Å], and with one water molecule at a distance [Cu-OH₂ = 2·335(4) Å] sensibly longer than the usual Cu-O(2·0 Å) coordinate bonds. The coordination polyhedron can be described either as a distorted tetrahedron formed by the nitrogen atoms with an extra position occupied by water or as a trigonal bipyramid having water and two nitrogen atoms in the equatorial plane. The packing determining interactions are the hydrogen bonds formed by water, and a long Cu...N (3·420 Å) contact between the metal and a nitrogen atom from an adjacent molecule.The authors are indebted to Prof. Immirzi who kindly supplied his computer programmes.     

Crystal structure of dicyanatobis(pyridinato)-copper(II)

The crystal structure of dicyanatobis(pyridinato)copper(II), C₁₂H₅CuN₄O₂, was determined from 658 X-ray diffraction data obtained by the -2 scanning technique with MoK radiation on a SYNTEX P2₁ four-circle diffractometer. The blue crystals are tetragonal:I4₁/a,a = 15.649(3),c = 9.917(3) Å, andZ = 8. The structure was determined by the heavy-atom method and refined by full-matrix least squares toR = 7.1%. Nonhydrogen atoms were refined anisotropically, and the positional parameters of hydrogen atoms were calculated from geometrical considerations. The copper atom is planarlytrans coordinated by two nitrogen atoms from the NCO groups and two nitrogen atoms from the pyridine molecules. The oxygen atoms from two of the approximately linear NCO groups complete the Cu(II) coordination as a distorted octahedron. Through their oxygen and nitrogen atoms, the NCO groups link the metal atoms to the skeleton structure. The bond lengths are 1.15 and 1.18 Å for N-C and C-O, respectively, the N-C-O bond angle being 176.8 °. The bond lengths Cu-N in square-planar coordination are 1.95 and 2.05 Å, while the Cu-O bonds are out of plane and 2.61 Å in length.Part XVIII in the seriesCyanatocopper(II) complexes with organic ligands; Part XVII: J. Kohout, A. Malejova and J. Gazo, Chem. Zvesti, in press.     

S-La共掺杂ZnO性能的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的第一性原理方法,研究了纯ZnO、S单掺、La单掺和S-La共掺ZnO的能带结构、态密度和光学性质。S单掺ZnO后,价带和导带同时向低能量转移,导致带隙减小。La单掺ZnO后在导带底产生杂质能级使得带隙减小。S-La共掺ZnO导致La的局部化减弱,表明La形成的施主能级由于S的3p态的影响变得更浅,从而减小了带隙。和纯ZnO相比,掺杂后的ZnO吸收系数和反射系数都减小,导致透射能力增强,为ZnO作为透明导电氧化物应用于太阳能电池提供了潜在的理论依据。     

Crystal and molecular structure of 1-(2-aminoethyl)biguanide-isothiocyanato-copper(II) thiocyanate

The crystal structure of 1-(2-aminoethyl)biguanide-isothiocyanato-copper(II)thiocyanate, [Cu(aebg)(NCS)] (SCN) (aebg = NH₂. CH₂. CH₂. N=C(NH₂). NH. C(NH). NH₂) has been determined and refined by Fourier methods using three-dimensional X-ray data collected on a Weissenberg automatic diffractometer. The unit cell parameters are:a = 11·41(2),b = 8·81(2),c = 7·45(2) Å; = 87·6° (2); = 67·2° (2); = 70·1° (2);Z = 2.Assuming space group P¯1, the structure was refined down toR = 8·5 %. The coordination around Cu is slightly distorted square planar and concerns three N atoms from the aebg ligand (Cu-N = 1·988(8), 2·019(7), 1·963(5) Å) and the terminal N of an isothiocyanate group (Cu-N = 1·941(5) Å). Two unsymmetrical, long interactions (Cu-N = 3·367(7) and 2·947(7) Å), with the N atoms belonging to two NCS groupstrans with respect to the coordination plane, complete the coordination to a distorted octahedron. In the aebg ligand the double bonds are localized on the C-N groups, whose nitrogen atoms coordinate to the metal.This work was carried out with the aid of financial support from the Consiglio Nazionale delle Ricerche, Roma.     

Y,Zr,Nb掺杂对单层MoS2电子结构的影响

本文基于第一性原理的方法研究了Y、Zr、Nb在Mo位掺杂单层MoS2的能带结构和态密度.研究发现:Y、Zr、Nb三种杂质在Mo位掺杂使杂质原子附近的键长发生畸变,畸变最大的是Y掺杂体系;Y、Zr、Nb的掺杂改变了单层MoS2能能带结构,使掺杂体系向导体转变;对于Y、Zr、Nb共掺杂体系,Y、Zr共掺杂增强了单层MoS2导电性能;Y、Nb共掺杂单层MoS2的费米能级穿过杂质能级,此处的能级处于半满状态,容易成为电子的俘获中心;Zr、Nb共掺杂体系的禁带中出现了多条杂质能级,同时导带能量上移;Y、Zr、Nb共掺杂可以很大程度改变单层MoS2材料的电子结构.