BiOCl{001}表面原子与电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了BiOCl{001}的三种不同终端面({001}-1Cl, {001}-BiO 和{001}-2Cl)的表面弛豫、能带结构、电子态密度和表面能. 计算结果表明: {001}-1Cl, {001}-BiO和{001}-2Cl表面均发生明显弛豫, 而在双Cl原子层处的层间距变化较大, 但未出现振荡弛豫现象, 其中{001}-1Cl表面弛豫较小. 与体相BiOCl电子结构相比, BiOCl{001}面具有较窄的带隙宽度, 并呈现较强局域性:对于{001}-BiO表面, 其导带与价带均往低能方向发生较大移动, 并且在导带底部出现表面态; 而{001}-2Cl表面的表面态主要出现在价带顶; {001}-1Cl表面的带隙中则无表面态产生; 表面态的出现导致{001}-BiO面和{001}-2Cl面带隙明显减小. BiOCl{001}三种终端表面的表面能分析结果表明, {001}-1Cl表面的表面能最小(0.09206 J·m^-2), 结构最稳定, 而{001}-BiO表面和{001}-2Cl表面的表面能分别为2.392和2.461 J·m^-2. 理论预测{001}-BiO表面和{001}-2Cl表面具有较高的活性, 但在BiOCl晶体生长过程中不易暴露. 本文计算结果为实验获得BiOCl高活性面{001}给予了基础理论解释, 进一步为BiOCl新型光催化材料的应用研究提供理论指导. 关键词： BiOCl{001}表面 表面弛豫 表面能 第一性原理     

FeS2(100)表面原子几何与电子结构的理论研究

采用密度泛函理论研究了FeS2(100)表面原子几何与电子结构.理论计算结果表明:FeS2(100)表面无弛豫、无重构,是体相原子几何的自然终止.与体相电子结构相比,FeS2(100)表面电子特性明显不同,禁带中央产生新的表面态,且表面态局域性强,主要由Fe原子的3d分波贡献.配位场理论定性分析表明:FeS2(100)完整晶面表面态产生机制是Fe原子的配位数减少、局部对称性下降所致 关键词： 密度泛函理论 表面电子结构 FeS2     

四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO₂)体相及 其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明，t-HfO₂(001)表面不会 产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO₂(001)表面态密度明显高于体相态 密度.其次，表面原子的态密度更靠近费米能级(E_F)，价带往低能量处移动，并 有表面态产生.计算结果表明了t-HfO₂表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO₂(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位 数减少，表面原子周围的环境发生变化而引起的. 关键词： 密度泛函理论 2(001)')" href="#">t-HfO₂(001) 表面电子结构     

四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO2)体相及其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明,t-HfO2(001)表面不会产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO2(001)表面态密度明显高于体相态密度.其次,表面原子的态密度更靠近费米能级(EF),价带往低能量处移动,并有表面态产生.计算结果表明了t-HfO2表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO2(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位数减少,表面原子周围的环境发生变化而引起的.     

3C-SiC(001)-(2×1)表面原子与电子结构研究

采用广义梯度近似的密度泛函理论方法计算了3C-SiC（001）-（2×1）表面的原子及电子结构．计算结果表明,3C-SiC（001）-（2×1）表面为非对称性的Si二聚体模型,其二聚体的Si原子间键长为0.232 nm．电子结构的计算结果表明,在费米能级处有明显的态密度,因此3C-SiC（001）-（2×1）表面呈金属性．在带隙附近存在四个表面态带,一个位于费米能级附近,一个位于费米能级以上5 eV处,另外两个位于费米能级以下的价带中． 关键词： 碳化硅 密度泛函理论计算 原子结构 电子结构     

第一性原理研究BaTiO3(001)表面的电子结构

在密度泛函理论的基础上,采用平面波赝势方法计算了立方相BaTiO₃(001)表面的电子结构.结构优化表明最表层原子都向体内弛豫,且金属原子弛豫幅度最大,同时各层层间距变化呈交错分布.对两种表面结构的总能计算发现TiO₂表面稳定性比BaO表面弱,一方面是由于TiO₂表面结构中存在O-2p表面态,使价带和导带中电子态向高能区域偏移.另一方面,TO₂表面附近Ti—O共价键存在强弱差异,有利于发生表面吸附.而在BaO表面结构中,最表层BaO的存在消除了这种差异,因而其表面稳定性较强. 关键词： 第一性原理 钛酸钡 电子结构 表面能     

第一性原理研究BaTiO3(001)表面的电子结构

在密度泛函理论的基础上,采用平面波赝势方法计算了立方相BaTiO3(001)表面的电子结构.结构优化表明最表层原子都向体内弛豫,且金属原子弛豫幅度最大,同时各层层间距变化呈交错分布.对两种表面结构的总能计算发现TiO:表面稳定性比BaO表面弱,一方面是由于TiO2表向结构中存在O-2p表面态,使价带和导带中电子态向高能区域偏移.另一方面,TO2表面附近Tj-O共价键存在强弱差异,有利于发生表面吸附.而在BaO表面结构中,最表层BaO的存在消除了这种差异,因而其表面稳定性较强.     

不同密度氢吸附金刚石(100)表面的微观结构

利用基于广义梯度近似的密度泛函理论,计算了金刚石(100)表面不同氢吸附密度的平衡态几何结构和态密度.结果表明对于2×1构型,在平行和垂直表面两个方向上发生弛豫,而1×1构型仅在垂直表面方向上发生弛豫.另外,清洁2×1,2×1 ∶0.5H和1×1 ∶1.5H表面,带隙中存在空表面态;而对于1×1 ∶2H和2×1 ∶H两种表面结构,空表面态上移进入导带,带隙中不存在表面态.结合电荷密度分布,探讨了金刚石(100)不同构型和氢吸附密度表面的表面态诱发机理. 关键词： 氢吸附 金刚石 弛豫 表面态     

GaP（001）表面吸附性硫的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论（Density Functional Theory）的第一性原理计算了GaP（001）面吸附硫原子后的表面结构和电子结构。计算表明,在Ga和P截止的GaP（001）-（1×2）表面吸附两个硫原子后,会形成（1×1）的重构表面,硫原子吸附在桥位置（HB）。电子结构的计算显示,吸附硫原子后,GaP带隙中的表面态密度（Density of States）明显减少了,这表明在GaP（001）表面吸附硫原子后达到了钝化的效果。     

α-Al2O3(0001)基片表面结构与能量研究

对α-Al₂O₃(0001)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型， 在三维周期边界条件下 的κ空间中，采用超软赝势平面波函数描述多电子体系.应用基于密度泛函理论的局域密度 近似，计算了不同表层结构的体系能量，表明最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定. 对由10个原子组成的菱形原胞进行了结构优化，得到晶胞参数值(a₀＝0.48178n m)与实验 报道值误差小于1.3%.进一步计算了超晶胞(2×2)表面弛豫，弛豫后原第2层O原子层成为最 表层； 对不同表层O，Al原子最外层电子进行了布居分析，表面电子有更大的概率被定域在 O原子的周围，表面明显地表现出O原子的电子表面态. 关键词： 2O₃(0001)')" href="#">α-Al₂O₃(0001) 超软赝势 表面结构 表面态     

第一性原理研究四元Heusler合金TiZrCoIn (100) 的表面结构、磁性及自旋极化率

本文利用第一性原理计算方法,对具有半金属性的四元Heusler合金TiZrCoIn两个不同终端表面效应进行了理论研究,主要针对表面效应对其结构、磁性、电子结构、自旋极化率及半金属性的影响来展开调研,以便寻求适合于隧道结的表面材料,为后续相关理论研究及实验提供一定参考。研究结果显示,两终端表面不同原子分别发生了不同程度的伸缩,同层原子发生错位,致使表面原子间距改变,进而改变它们之间的杂化作用,同时也影响着原子的磁矩。另外通过分析其态密度,发现TiCo-(100)和ZrIn-(100)两个终端表面由于受到表面效应的影响,其电子结构发生了很大的改变。块体TiZrCoIn原有的宽带隙和半金属性被表面态所破坏,但仍然保留着很高的自旋极化率,尤其是ZrIn-(100)终端表面,其费米面处呈现几乎100%的自旋极化率。     

SiGe superlattice nanocrystal pure and doped with substitutional phosphorus single atom: Density functional theory study

Ab initio density functional theory is used to simulate electronic structure of hydrogenated SiGe nanocrystal superlattice pure and doped with substitutional P single atom. The results of electronic structure calculations are compared to the same size silicon and germanium nanocrystals. The comparison reveals that the energy gap of the three kinds of nanocrystals is nearly the same in non-relativistic and relativistic limits. Because of large width of gap in the present small nanocrystals the relativistic corrections are not as much important as in the case of bulk crystals. The doping of SiGe nanocrystal with P single atom introduced an impurity level at 4 eV below original conduction band edge. This result is much larger than comparable silicon bulk and nanocrystal doping with P atoms. Results also show that the deep internal angles and bonds in SiGe nanocrystals reach approximately the angles and structure of bulk crystals after nearly three surface layers. A double positively charged layer is located at the Ge terminated surface of SiGe nanocrystal. This layer is enhanced and is accompanied with a large increase of the dipole moment of the nanocrystal in the case of P doped nanocrystal. Due to oscillatory lattice potential in SiGe superlattice, density of states show that bands are broken up to sub-bands in comparison with silicon nanocrystal density of states especially at the conduction band.     

VC(001)弛豫表面构型与电子结构第一性原理研究

用第一性原理方法对VC(001)清洁表面的构型和电子结构进行了详细研究，与TiC(001)面类似，VC(001)面弛豫后形成表面皱褶，其表层V原子和C原子分别朝体相和真空方向移动. 能带计算结果表明，过渡金属碳化物(001)面的能带结构符合刚性带理论模型. 对于VC(001)面，表面态主要处在-30eV附近，其主要成分为表层C原子的2pz轨道. 此外，以表层V原子的3d轨道成分为主的表面态出现在费米能级附近，由于这些表面态以表面法线方向的轨道(3d２z和3dxz/dyz)为主要成分，因此在表面反应中将起到重要作用，从而体现出与TiC(001)面不同的反应性质. 关键词： 过渡金属碳化物 表面态 能带结构     

Band edge singularities and the surface density of states in Nb (110)

Photoemission measurements of the Nb(110) surface show surface sensitive structure near the Fermi energy which can be attributed to bulk band structure effects persisting right out to the surface layer, in agreement with recent layer density of states calculations for Mo(110).     

Electronic structure calculations of lead chalcogenides PbS, PbSe, PbTe

In this work, we have extended our study of the mechanical properties and the electronic structure of PbTe to include other Pb chalcogenide compounds (PbSe, PbS). The calculations were performed self-consistently using the scalar-relativistic full-potential linearized augmented plane wave method. Both the local density approximation (LDA) and the generalized gradient approximation (GGA) to density-functional theory were applied.The equilibrium lattice constants and the bulk modulus of a number of structures (NaCl, CsCl, ZnS) were calculated as well as the elastic constants for the structures (NaCl, CsCl). The NaCl structure is found to be the most stable one among all the three phases considered. We have found that the GGA predicts the elastic constants in good agreement with experimental data.Both the LDA and GGA were successful in predicting the location of the band gap at the L point of the Brillouin zone but they are inconclusive regarding the value of the band-gap width. To resolve the issue of the gap, we performed Slater-Koster (SK) tight-binding calculations, including the spin-orbit coupling in the SK Hamiltonian. The SK results that are based on our GGA calculations give the best agreement with experiment.Results are reported for the pressure dependence of the energy gap of these compounds in the NaCl structure. The pressure variation of the energy gap indicates a transition to a metallic phase at high pressure. Band structure calculations in the CsCl structure show a metallic state for all compounds. The electronic band structure in the ZnS phase shows an indirect band gap at the W and X point of the Brillouin zone.     

Determination of the surface states from the ultrafast electronic states in a thermoelectric material

We reveal the electronic structure in Yb Cd₂Sb₂,a thermoelectric material,by angle-resolved photoemission spectroscopy(ARPES)and time-resolved ARPES(tr ARPES).Specifically,three bulk bands at the vicinity of the Fermi level are evidenced near the Brillouin zone center,consistent with the density functional theory(DFT)calculation.It is interesting that the spin-unpolarized bulk bands respond unexpectedly to right-and left-handed circularly polarized probe.In addition,a hole band of surface states,which is not sensitive to the polarization of the probe beam and is not expected from the DFT calculation,is identified.We find that the non-equilibrium quasiparticle recovery rate is much smaller in the surface states than that of the bulk states.Our results demonstrate that the surface states can be distinguished from the bulk ones from a view of time scale in the nonequilibrium physics.     

GaN(0001)表面电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法计算了(2×2)GaN(0001)清洁表面的能带结构、态密度、表面能、功函数和光学性质.发现弛豫后GaN(0001)表面的能带结构发生较大变化,表面呈现金属导电特性,导带底附近存在明显的表面态,在偶极矩的作用下表面电荷发生转移,Ga端面为正极性表面;计算获得了GaN(0001)表面的表面能和功函数分别为2.1J.m^-2和4.2eV;比较分析了GaN(0001)表面和体相GaN的光学性质,发现两者存在较大差异.