Ni掺杂浓度对硅纳米线光电性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理,对不同直径和浓度Ni掺杂硅纳米线的形成能、能带结构、态密度和光学性质进行了计算,结果表明：杂质Ni的形成能随硅纳米线直径的减小和掺杂浓度的降低而下降,这说明直径越大的硅纳米线掺杂越困难,杂质浓度越高的硅纳米线越不稳定. Ni掺杂在费米能级附近及带隙中引入杂质能级,其主要来自Ni的3d轨道,杂质能级扩展成杂质带,改变Ni的掺杂浓度可改变硅纳米线的带隙,改善其导电性. 另外,还发现掺杂浓度明显改变了硅纳米线的吸收强度和宽度.     

Fe和Ni共掺杂ZnO的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理研究Fe,Ni单掺杂和(Fe,Ni)共掺杂纤锌矿型ZnO的能带结构、电子态密度分布、介电函数、光学吸收系数,分析了掺杂后电子结构与光学性质的变化.计算结果表明：掺杂体系的费米能级附近电子态密度主要来源于Fe 3d,Ni 3d态电子的贡献;与纯净ZnO相比,Fe,Ni单掺杂和(Fe,Ni)共掺杂ZnO的介电函数虚部均在0.46eV左右出现了一个新峰;Fe,Ni单掺杂和共掺杂ZnO的吸收光谱均发生明显的红移,并都在1.3eV处出现较强吸收峰.结合他人的计算和实验结果,给出了定性的讨 关键词： 氧化锌 掺杂 第一性原理 光学性质     

过渡金属Fe或Ag掺杂K_2Ti_6O_(13)的电子结构和光学性质（英文）

本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算研究了它们的电子结构和光学性质.光学性质的计算结果和实验相一致.结果表明,Fe或Ag掺杂后,K_2Ti_6O_(13)的带隙中出现了杂质带且其带隙值变小,因而使掺杂后的K_2Ti_6O_(13)的吸收边发生红移并实现了其对可见光吸收.其中杂质带主要由Fe 3d态或Ag 4d态与Ti 3d态和O 2p态杂化而成.对于Fe掺杂的K_2Ti_6O_(13),杂质带位于带隙中间,因此可以作为电子从价带跃迁到导带的桥梁.对于Ag掺杂的K2Ti6013,杂质带位于价带顶附近为受主能级,可以降低光生载流子的复合概率.实验和计算研究表明,通过Fe或Ag的掺杂可以实现了K_2Ti_6O_(13)对可见光的吸收,这对进一步研究K_2Ti_6O_(13)的光学性质具有重要意义.     

掺锰铌酸锂晶体第一性原理研究

利用第一性原理研究了Mn:LiNbO3晶体的电子结构和光学性质。结果表明,Mn掺杂产生了杂质能级,主要由Mn的d态轨道贡献。杂质能级与导带之间的带隙小于理想LiNbO3晶体导带与价带之间宽度,降低了电子跃迁所需能量。同时,掺杂也降低了各原子的电子轨道能量。晶体中最高占据轨道不再是O的2p轨道,而是Mn的d 轨道。掺杂离子在晶体中同时充当电子的施主与受主。静态介电常数在掺杂后有明显的增大。Mn的掺杂使晶体在可见光区域的光学性质产生变化,并使晶体的吸收谱在可见光区域产生吸收峰。     

掺铁铌酸锂晶体第一性原理研究

利用第一性原理研究了Mn:LiNbO3晶体的电子结构和光学性质。结果表明,Mn掺杂产生了杂质能级,主要由Mn的d态轨道贡献。杂质能级与导带之间的带隙小于理想LiNbO3晶体导带与价带之间宽度,降低了电子跃迁所需能量。同时,掺杂也降低了各原子的电子轨道能量。晶体中最高占据轨道不再是O的2p轨道,而是Mn的d 轨道。掺杂离子在晶体中同时充当电子的施主与受主。静态介电常数在掺杂后有明显的增大。Mn的掺杂使晶体在可见光区域的光学性质产生变化,并使晶体的吸收谱在可见光区域产生吸收峰。     

Cr掺杂ZnO纳米线的电子结构和磁性

采用自旋极化密度泛函理论系统研究了Cr掺杂ZnO纳米线的电学、磁学以及光学属性.计算结果显示,Cr原子沿[0001]方向替代ZnO纳米线中的Zn原子时体系一般呈现铁磁耦合,沿[1010]和[0110]方向替代Zn原子时体系呈现反铁磁耦合,且磁性耦合状态在费米能级附近出现了明显的自旋劈裂现象,发生了强烈的Cr 3d和O 2p杂化效应.自旋态密度计算结果显示,磁矩主要来源于Cr原子未成对3d态电子的贡献,磁矩的大小与Cr原子的电子排布有关.光学性质计算结果显示,Cr掺杂ZnO纳米线在远紫外和近紫外都具有明显的吸收峰,吸收峰发生了明显的红移.这些结果都表明Cr掺杂ZnO纳米线也许是一种很有前途的稀磁半导体材料. 关键词： ZnO 纳米线 第一性原理 磁性     

过渡金属掺杂GaN的电子结构和光学性质理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同过渡金属（V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni）掺杂GaN的电子结构及光学性质,分析掺杂对电子结构及光学性质的影响.结果表明,过渡金属掺杂在GaN的禁带中引入杂质能带,除掺Fe体系外其它掺杂体系都表现为半金属性.除掺Fe和Ni体系在低能区没有出现光吸收外,其它体系均在低能区杂质能级处出现光吸收.     

第一性原理研究Mn和Cu掺杂六钛酸钾(K_2Ti_6O_(13))的电子结构和光学性质

六钛酸钾(K_2Ti_6O_(13))是宽带隙半导体光催化材料,只能响应波长较短的紫外光.为了使K_2Ti_6O_(13)对可见光响应,本文采用第一性原理方法,研究过渡金属Mn和Cu掺杂改性后K_2Ti_6O_(13)的电子结构和光学性质.计算结果表明:Mn,Cu掺杂后K_2Ti_6O_(13)禁带中出现了杂质能级,这些杂质能级由O 2p和Ti 3d与Mn 3d或Cu 3d态杂化而成.对于Mn掺杂的K_2Ti_6O_(13),其带隙值变小,位于能带中间的杂质能级可作为电子跃迁的桥梁,从而实现了对可见光的吸收.对于Cu掺杂的K_2Ti_6O_(13),其带隙值虽略有增大,但是若考虑将与价带相连的杂质能级,带隙值将大大减小,且此杂质能级可抑制光生载流子的复合,使得掺杂后K_2Ti_6O_(13)吸收带边红移至可见光区并在可见光范围内吸收强度明显增强.总的而言,Mn,Cu的掺杂实现了钛酸钾对可见光的吸收,同时Cu掺杂的效果要优于Mn掺杂的效果.研究结果对K_2Ti_6O_(13)在光催化领域上的应用具有重要的意义.     

Co-Cr共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明:纯金红石的禁带宽度为3.0eV,Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21eV,导带顶和价带底都位于G点处,仍为直接带隙,在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级;Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85eV,在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成,导带和价带都向低能级方向移动;Co-Cr共掺杂,由于电子的强烈杂化,使O-2p态和Ti-3d态向Co-3d和Cr-3d态移动,使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动,极大地减小了禁带的宽度,也是共掺杂改性的离子选择依据.掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动;在E2.029eV的范围内,纯金红石的ε2、k和吸收系数为零,掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度,Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂,说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁,具有更佳的可见光催化性能.     

Ag掺杂AlN半导体光电性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对Ag掺杂AlN 32原子超晶胞体系进行几何结构优化,计算并分析体系的电子结构、磁性和光学性质.结果表明:Ag掺杂后,Ag4d态电子与其近邻的N2p态电子发生杂化,引入杂质带形成受主能级,实现p型掺杂,使体系的导电能力增强,同时表现出金属性和弱磁性,其净磁矩为1.38μ_в.掺杂形成的N-Ag键电荷集居数较小,表现出强的离子键性质.掺杂后体系的介电函数虚部和光吸收谱在低能区出现新的峰值,同时复折射率函数在低能区发生变化,吸收边向低能方向延展,体系对长波吸收加强,能量损失明显减小.     

Ca3Co2O6及其掺镍体系的电子结构计算

用离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)计算了钴酸盐Ca3Co2O6及其掺镍体系，讨论了电子结构，化学键等与热电性能之间的关系．结果表明，价带和导带主要由Co3d，Ni3d和O2p原子轨道贡献．价带和导带之间的能隙宽度表现出了半导体电子结构特征，且掺镍体系的能隙比不掺镍体系窄．掺镍体系的共价键和离子键都比不掺镍体系弱．由此得到，掺镍后体系的热电性能将有所改善．     

Temperature-dependent subband mobility characteristics in n-doped silicon junctionless nanowire transistor

We have investigated the temperature-dependent effective mobility characteristics in impurity band and conduction subbands of n-doped silicon junctionless nanowire transistors. It is found that the electron effective mobility of the first subband in 2-fold valleys is higher than that of the second subband in 4-fold valleys. There exists a maximum value for the effective subband mobilities at low temperatures, which is attributed to the increase of thermally activated electrons from the ionized donors in the impurity band. The experimental results indicate that the effective subband mobility is temperature-dependent on the electron interactions by thermal activation, impurity scattering, and intersubband scattering.     

Ni掺杂ZnO薄膜的荧光特性

采用脉冲激光沉积技术(PLD)在单晶Si 衬底上制备了Ni掺杂的ZnO薄膜,通过VARAIN Cary-Eclips 500型荧光光谱仪研究了样品的荧光特性。观察到360和380 nm左右2个荧光峰。通过Ni掺杂,研究了360 nm左右荧光峰的起源。结果表明,随着靶材中Ni掺杂量的不同,荧光峰峰位不变,而相应的发光强度发生了明显的变化。当靶材中Ni∶ZnO的摩尔比X_s为5％时,样品中360 nm紫外荧光峰的发光强度最佳,表明360 nm左右荧光峰并不是重掺杂后杂质能级深入到导带的结果,有可能是起源于分裂的价带与导带间的复合跃迁。     

DFT study of structural, electronic and vibrational properties of pure (Al2O3)n (n = 9, 10, 12, 15) and Ni-doped (Al2O3)n (n = 9, 10) clusters

The geometrical, electronic and vibrational properties of pure (Al₂O₃)_n (n = 9, 10, 12, 15) clusters and Ni-doped (Al₂O₃)_9-10 clusters are investigated by density functional theory. There are four different Ni-doped (Al₂O₃)₉ clusters and one Ni-doped (Al₂O₃)₁₀ cluster taken into account. Compared with the pure clusters, the Ni-doped (Al₂O₃)_9-10 clusters have narrower HOMO-LUMO energy gaps. The results indicate that the impurity of Ni atom is mainly responsible for the reduction of the HOMO-LUMO energy gap. One characteristic vibration band at about 1030 cm⁻¹ is found in the vibrational frequencies of the Ni-doped (Al₂O₃)_9-10 clusters, which is caused by the asymmetric Al-O-Al stretching vibration. Another band at around 826 cm⁻¹ involving the characteristic vibration of Ni-O bond is in good agreement with experimental results.     

Ni掺杂对ZnO磁光性能的影响

在掺杂浓度范围为2.78%—6.25%(物质的量分数)时,Ni掺杂ZnO体系吸收光谱分布的实验结果存在争议,目前仍然没有合理的理论解释.为了解决存在的争议,在电子自旋极化状态下,采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,构建不同Ni掺杂量的ZnO超胞模型,分别对模型进行几何结构优化和能量计算.结果表明,Ni掺杂量越大,形成能越高,掺杂越难,体系稳定性越低,掺杂体系带隙越窄,吸收光谱红移越显著.采用LDA(局域密度近似)+U方法调整带隙.结果表明,掺杂体系的铁磁性居里温度能够达到室温以上,磁矩来源于p-d态杂化电子交换作用.Ni掺杂量越高,掺杂体系的磁矩越小.另外还发现Ni原子在ZnO中间隙掺杂时,掺杂体系在紫外光和可见光区的吸收光谱发生蓝移现象.     

Structural, electronic and magnetic properties of the 3d transition metal-doped GaN nanotubes

We have performed first-principles calculations on the structural, electronic and magnetic properties of seven different 3d transition-metal (TM) impurity (V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu) doped armchair (5,0) and zigzag (8,0) gallium nitride nanotubes (GaNNTs). The results show that there is distortion around 3d TM impurities with respect to the pristine GaNNTs for 3d TM-doped (5,5) and (8,0) GaNNTs. The change of total magnetic moment follows Hund’s rule for 3d TM-doped (5,5) and (8,0) GaNNTs, respectively. The total density of states (DOS) indicates that Cr-, Mn-, Fe- and Ni-doped (5,5) GaNNTs as well as Cr-, Mn-, Ni- and Cu-doped (8,0) GaNNTs are all half-metals with 100% spin polarization. The study suggests that such TM-doped nanotubes may be useful in spintronics and nanomagnets.     

CdS掺Mg和Ni电子结构和光学性质的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对闪锌矿结构CdS和CdS∶M(M=Mg,Ni)几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质进行了系统的研究。几何结构研究对掺杂后体系晶格常量进行了优化计算,结果表明Mg和Ni原子掺入CdS后晶格常量均减小,晶格发生局部畸变。进一步研究了掺杂对体系电子结构的影响,能带结构和电子态密度分析表明由于Ni 3d电子的引入使CdS∶Ni成为半金属铁磁半导体,而Mg 3s电子的引入CdS∶Mg带隙变宽。另外,体系掺杂后,吸收系数分析表明掺杂导致吸收峰在可见光波长区域变化显著,且掺Ni导致吸收峰进一步向长波方向移动。     

Mg12O12纳米线掺杂3过渡金属元素的第一性原理计算研究

基于密度泛函第一性原理计算,系统研究了Mg12O12笼状团簇组装一维纳米线及其掺杂3d族元素体系的几何结构与电子结构。结果表明：Mg12O12团簇组装一维纳米线为非磁性半导体,带隙值为3.16 eV;掺杂Sc和V后,体系由半导体转变为金属;掺杂Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu后体系仍然保持半导体特性、但带隙值明显减小,而掺杂Zn时带隙值变化不大;掺杂V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu后纳米线具有磁性。     

Helical Shell Structures of Ni-A1 Alloy Nanowires and Their Electronic Transport Properties

Six kinds of Ni-A1 alloy nanowires are optimized by means of simulated annealing. The optimized structures show that the Ni-A1 alloy nanowires are helical shell structures that are wound by three atomic strands, which is very similar to the case with pure metallic nanowires. The densities of states （DOS）, transmission function T（ E）, current-voltage （I - V） curves, and the conductance spectra of these alloy nanowires are also investigated. Our results indicate that the conductance spectra depend on the geometric structure properties and the ingredients of the alloy nanowires. We observe and study the nonlinear contribution to the I-V characteristics that are due to the quantum size effect and the impurity effect. The addition of Ni atoms decreases the conductance of the Ni-A1 alloy nanowire because the doping atom Ni change the electronic band structures and the charge density distribution. The interesting statistical results shed light on the physics of quantum transport at the nano-scale.