高压下β-BaCu_2S_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论方法对β-BaCu_2S_2的电子结构和光学性质进行了理论计算和分析.优化后的晶格常数与实验值符合良好.通过能带分析表明该晶体是一种直接带隙半导体,得出的带隙值为0.562 e V,与其他理论计算方法得出的结果接近.对介电函数的计算表明β-BaCu_2S_2是一种各向异性材料,随着压强的增大,介电函数虚部向高能区域移动,且峰值变高.计算所得静折射率的平方近似于静介电常数,与理论公式符合良好.随着压强的增加,晶体的光学常数如吸收系数、反射率、折射率和能量损失函数曲线均向光子能量增大的方向移动.研究表明加压是改变β-BaCu_2S_2晶体电子结构、调制光学性质的有效手段.     

Na_2Ge_2Se_5电子结构和光学性质的第一性原理研究

Na_2Ge_2Se_5是一种优异的红外非线性晶体材料.采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法对Na_2Ge_2Se_5进行结构优化,并以此为基础计算研究了Na_2Ge_2Se_5的电子结构和光学性质.结果表明:Na2Ge2Se5是宽禁带间接带隙半导体,价带至导带的电子跃迁主要来自于Ge和Se的48,4p态;Na对光学性质的贡献较小,Ge和Se之间的相互耦合作用决定了Na_2Ge_2Se_5的光学性质;该晶体在紫外区有强烈的反射和吸收,静态折射率为2.133,双折射率值适中,为0.145.理论计算结果表明,Na_2Ge_2Se_5是一种性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

C掺杂β-FeSi2的电子结构和光学特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对C掺杂p-FeSi2的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算.几何结构和电子结构的计算表明:C掺杂后使得β-FeSi2的晶格常数a和b减少,c变化不大,晶格体积减小;C掺杂后的 β-FeSi2能带结构仍为准直接带隙,禁带宽度变窄,直接带隙与间接带隙的能量差值不变,C的掺杂消弱了Fe的3d态电子,费米能级附近的电子态密度主要由Fe的3d态电子贡献.光学性质的计算表明:与未掺杂时相比,介电函数的实部ε1减少,虚部ε2的峰值减少并向高能方向有一微小的偏移,吸收系数有所降低.计算结果为β-FeSi2光电材料的应用和设计提供了理论指导.     

厄米-高斯光束的M2因子矩阵

提出了厄米-高斯光场的M²因子矩阵.引入束半宽平方的交叉项、M²因子的交叉项,理论推导出了在同一坐标系下光场旋转一定角度后的M²因子矩阵,数值模拟了与M²因子矩阵有关的各参数随光场旋转角度变化的规律,给出了光场的M²因子矢量点随光场旋转角度变化的轨迹曲线.计算结果与理论推导结果相符,证实了利用M²因子矩阵可以将旋转前后的二维厄米-高斯光场用旋转矩阵统一起来.该方法可推广到对一般的二维高阶高斯光束的光束质量的理论分析上,具有普适性,对光束质量的实际测量有重要的理论指导意义. 关键词： M²因子矩阵')" href="#">M²因子矩阵 厄米-高斯光束 非对称激光束 矩阵光学     

C掺杂β-FeSi2的电子结构和光学特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对C掺杂β-FeSi2的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算.几何结构和电子结构的计算表明：C掺杂后使得β-FeSi2的晶格常数a和b减少,c变化不大,晶格体积减小;C掺杂后的β-FeSi2能带结构仍为准直接带隙,禁带宽度变窄,直接带隙与间接带隙的能量差值不变, C的掺杂消弱了Fe的3d态电子,费米能级附近的电子态密度主要由Fe的3d态电子贡献.光学性质的计算表明：与未掺杂时相比,介电函数的实部 减少,虚部 的峰值减少并向高能方向有一微小的偏移,吸收系数有所降低.计算结果为β-FeSi2光电材料的应用和设计提供了理论指导.     

高压下β-BaCu2S2电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论方法对β-BaCu2S2的电子性质和光学性质进行了理论计算和分析。优化后的晶格常数与实验值符合良好。通过能带分析表明该晶体是一种直接带隙半导体,得出的带隙值为0.562 eV,与其他理论计算方法得出的结果接近。对介电函数的计算表明β-BaCu2S2是一种各向异性材料,随着压强的增大,介电函数虚部向高能区域移动,且峰值变高。计算所得静折射率的平方近似于静介电常数,与理论公式符合良好。随着压强的增加,晶体的光学常数如吸收系数、反射率、折射率和能量损失函数曲线均向光子能量增大的方向移动。研究表明加压是改变β-BaCu2S2晶体电子结构、调制光学性质的有效手段。     

Al-2N掺杂量对ZnO光电性能的影响

与本文相近的Al-2N掺杂量的范围内, 对ZnO掺杂体系吸收光谱分布红移和蓝移两种实验结果均有文献报道, 但是, 迄今为止对吸收光谱分布尚未有合理的理论解释. 为了解决该问题, 本文采用基于密度泛函理论的广义梯度近似 平面波超软赝势方法, 用第一性原理构建了两种不同掺杂量的Zn_0.98148Al_0.01852O_0.96296N_0.03704和Zn_0.96875Al_0.03125O_0.9375N_0.0625超胞模型. 在几何结构优化的基础上, 对模型能带结构分布、态密度分布和吸收光谱分布进行了计算. 计算结果表明, 在本文限定的掺杂量范围内, Al-2N掺杂量越增加, 掺杂体系的体积越减小, 体系总能量越升高, 体系稳定性越下降, 形成能越升高, 掺杂越难; 所有掺杂体系均转化为简并p型化半导体, 掺杂体系最小光学带隙均变窄,吸收光谱均发生红移; 同时发现掺杂量越增加, 掺杂体系最小光学带隙变窄越减弱, 吸收光谱红移越减弱. 研究表明: 要想实现Al-2N共掺在ZnO中最小光学带隙变窄、掺杂体系发生红移现象, 除了限制掺杂量外, 尺度长短也应限制; 其次, Al-2N掺杂量越增加,掺杂体系空穴的有效质量、浓度、 迁移率、电导率越减小,掺杂体系导电性能越减弱. 计算结果与实验结果的变化趋势相符合. 研究表明, Al-2N共掺在ZnO中获得的新型半导体材料可以用作低温端的温差发电功能材料.     

Eu3+掺杂Bi2O3-PbO-B2O3-ZnO玻璃光谱性质

用高温融熔法制备了Eu³⁺掺杂浓度为1%的(60-x)Bi₂O₃xPbO30B₂O₃10ZnO(x=0,10,30,摩尔分数)玻璃.测定了玻璃的差热分析曲线、吸收光谱、声子边带谱、发射光谱与激发光谱.由发射光谱与稀土Eu³⁺离子光学跃迁矩阵元的特点,计算了Eu³⁺光学跃迁的J-O参数Ω₂与Ω₄.结果显示强度参数Ω₂随着PbO量的增加而略减少,表明材料的对称性略增加,Eu—O键强减弱,共价性降低.PbO组分的增加,使玻璃的结晶起始温度与软化温度差降低,导致玻璃的热温度性变差.随着PbO的增加,电-声子耦合减弱.     

Rb2TeW3O12电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用平面波超软赝势法对Rb2TeW3O12基态的几何结构、能带结构和光学特性等进行了系统的研究.几何结构研究不仅对基态平衡时的几何参量进行了优化计算,还对内部坐标做了优化,其结果和实验测量值符合得很好.电子结构的研究表明,Rb2TeW3O12属于宽禁带直接带隙半导体,禁带宽度为2.23eV,W 5d和O 2p轨道之间强烈杂化形成W-O共价键.计算了光学性质,给出了Rb2TeW3O12的介电函数实部ε1、虚部ε2及相关光学参量,理论计算的静态介电常数为5.29.     

F掺杂SnO2电子结构的模拟计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对SnO₂:F体系的电子结构进行了第一性原理模拟计算.用广义梯度近似方法优化SnO₂:F体系的晶胞结构，计算了体系基态总能.通过确定F掺杂对O的优先替代位置，计算了SnO₂:F的能带结构、态密度、分波态密度.分析了F掺杂对SnO₂晶体的电子结构和晶体性质及光学吸收边的影响，从理论上得出光学吸收边发生蓝移.对不同掺杂量的体系电子结构进行了分析. 关键词： F掺杂 2')" href="#">SnO₂ 电子结构 态密度     

Ni~(2+):LiNbO_3的光学吸收谱和EPR的研究

应用三角晶场中d2 (d8)电子组态的包括静电相互作用和自旋 轨道耦合相互作用的强场能量矩阵 ,采用完全对角化方法 ,精确地计算了具有C3V 对称的Ni2 +:LiNbO3 的光学吸收谱和EPR谱。理论结果与实验值符合得很好     

MgO、SnO_2、TiO_2表面氧空位性质对气体光学传感特性的影响

光学气敏传感器是当今研究领域的一个热门方向.文章采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了光学气敏材料岩盐型MgO、金红石型SnO_2和锐钛矿型TiO_2表面氧空位的特性.以CO作为吸附分子进行微观机理研究,研究不同氧化物表面吸附气体分子的机理.对氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等进行分析.研究发现:含有氧空位缺陷的MgO(001)、SnO_2(110)和TiO_2(101)能稳定的吸附CO分子,吸附后造成了材料光学性质的变化,可作为光学气敏传感材料.分析发现:氧空位氧化能力的大小是光学性质改变的核心原因.表面吸附CO分子后,发现SnO_2(110)表面对分子的吸附能最大,分子与表面的吸附距离最短.通过差分电荷密度和电荷布居数发现,表面与CO分子间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:SnO_2(110)TiO_2(101)MgO(001),由此得出不同氧化物表面氧化性的大小为:SnO_2(110)TiO_2(101)MgO(001);通过对比吸收谱和反射谱发现:吸附气体分子后SnO_2(110)表面的光学性质变化最为明显,是一种较好的光学气敏传感材料.     

α-BeH_2电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用赝势平面波方法研究了α-BeH2的结构、电子和光学性质.基态下,α-BeH2晶格常数a和体积弹性模量B0计算值与实验值及其它理论值一致.根据能带理论研究了α-BeH2基态下的能带结构、总态密度(DOS)和分波态密度(PDOS).经过分析发现α-BeH2为直接能隙半导体材料,能隙为5.44eV,与文献相比,本文计算的结果偏低,这主要是利用第一性原理中的局域密度近似(LAD)或广义梯度近似(GGA)交换关联能函数计算材料的带隙宽度或者磁耦合的理论结果均会偏低.通过对基态α-BeH2的Mulliken电荷分布和集居数的分析发现:α-BeH2属于离子键和共价键所形成的混合键化合物;α-BeH2的电荷总数分别来源于H1s轨道,Be2s和2p轨道.同时本文还分析研究了α-BeH2的光学介电函数、吸收系数、复折射率、反射系数和能量损失等光学性质.     

Ni~(2+):CsMgCl_3的光学吸收谱和EPR的研究

应用三角晶场中d2 (d8)电子组态包括静电相互作用和自旋 轨道耦合作用的强场能量矩阵 ,采用完全对角化方法 ,精确地计算了具有D3d 对称的Ni2 + :CsMgCl3 的光学吸收谱和EPR谱。理论结果与实验值符合得很好。     

ZnSe∶Fe~(2+)中的动态Jahn-Teller效应和远红外光谱的研究

推导了 3d4 / 3d6离子基态 5D在立方晶体场、自旋 轨道耦合和动态Jahn Teller效应作用下的哈密顿矩阵 ,并用对角化该哈密顿矩阵的方法研究了Fe2 + 在ZnSe中的远红外光谱 ,理论计算与实验符合得好 .研究表明 ,在ZnSe∶Fe2 + 中 ,比晶体场理论分析多出的分裂谱线是Fe2 + 与ZnSe晶格间的动态Jahn Teller效应引起的 .还预测了其它Jahn Teller效应分裂谱 .所推导的哈密顿矩阵对研究 3d4 / 3d6离子在立方晶体中的精细光谱、电子顺磁共振谱和动态Jahn Teller分裂都是有用的 .     

Eu3+掺杂Bi2O3-TeO2-B2O3-ZnO玻璃光谱性质

测量了Eu3+（1 mol%）掺杂(60-χ)Bi2O3-χ TeO2-30B2O3-10ZnO（χ＝5,10,20,30,摩尔百分比）玻璃的吸收光谱、发射光谱、激发光谱以及声子边带谱.根据稀土离子Eu3+光学跃起矩阵元的特点,从发射光谱获得了Eu3+光学跃起的J-O参数Ω2与Ω4.结果显示,强度参量Ω2随着Bi2O3量的增加与TeO2量的减少而减小,表明材料的对称性提高, Eu-O键强减弱,共价性减弱.随着Bi2O3量的增加,电－声子偶合减弱,材料的热稳定性大幅度提高.     

高压下稳态六方Ge2Sb2Te5结构、电子和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法研究了稳态六方petrov原子序列结构Ge2Sb2Te5的结构、电子和光学性质.计算所得的平衡态晶格参数与实验数据和先前的理论结果吻合很好.基态的能带结构和态密度表明了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5持有金属性.从压强影响下体积的变化趋势发现稳态六方Ge2Sb2Te5在17 GPa和34 GPa出现不稳定,暗示在此压强下的相变发生,这与2009年Krbal等人的实验结果相吻合.同时,还系统地研究了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5高压下的光学性质,得到了高压下介电函数、吸收率、光反射率、折射率、消光系数和电子能量损失谱在20 eV内的变化情况.     

Ni^2＋：CsMgCl3的光学吸收谱和EPR的研究

应用三角晶场中d^2(d^8)电子组态包括静电相互作用和自旋－轨道耦合作用的强场能量矩阵,采用完全对角化方法,精确地计算了具有D3d对称的Ni^2 :CsMgCl3的光学吸收谱和EPR谱,理论结果与实验值符合得很好。     

厄米-高斯光束的M2因子矩阵

提出了厄米-高斯光场的M2因子矩阵.引入束半宽平方的交叉项、M2因子的交叉项,理论推导出了在同一坐标系下光场旋转一定角度后的M2因子矩阵,数值模拟了与M2因子矩阵有关的各参数随光场旋转角度变化的规律,给出了光场的M2因子矢量点随光场旋转角度变化的轨迹曲线.计算结果与理论推导结果相符,证实了利用M2因子矩阵可以将旋转前后的二维厄米-高斯光场用旋转矩阵统一起来.该方法可推广到对一般的二维高阶高斯光束的光束质量的理论分析上,具有普适性,对光束质量的实际测量有重要的理论指导意义.     

MgB2各向异性光学性质的第一性原理研究

使用密度泛函第一性原理研究了超导体MgB2单晶各向异性的光学性质.在描述光学性质的基本理论和计算方法的基础上,计算了MgB2的光电导谱、反射谱以及电子能量损失谱,并通过MgB2的各个原子分解态密度图对所得到的反射谱和损失谱的各个谱峰做了详尽地分析.从光电导谱上来看,x方向与z方向有着很大差别,而在反射谱与电子能量损失谱中,x方向与z方向的特征峰位置都是相互符合的.从光导谱来看,沿x方向的第一个带间吸收峰出现在20000 cm-1处,而沿z方向出现在40000 cm-1处.考虑到温度效应对其光学性质的影响,在计算光学矩阵元时加入Lorentz展宽δ=0.10 eV.计算结果和最近实验结果有比较好的一致,只是带间吸收谱峰位置和实验之间存在约1000cm-1(～0.124 eV)的差别.总体上该研究的计算结果从定性上和定量上都与最新各向异性光电导实验结果在误差范围内符合很好.