硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了小直径锯齿形单壁碳纳米管（3,0）的硼（B）、磷（P）单个原子掺杂和B/P共掺杂效应. 计算了B、P单原子掺杂的形成能、能带结构和电子态密度,分析得出B、P掺杂（3,0）单壁碳纳米管是可行的,并且碳纳米管的导电性没有发生明显改变. 本文还计算了在不同掺杂位点,（3,0）金属性碳纳米管的形成能和能带结构,发现B/P共掺杂也是可行的,B和P趋于形成B/P对,并且B/P的掺入使（3,0）金属性碳纳米管的能带打开,由金属性变成半导体性.     

硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的第一性原理研究简

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了小直径锯齿形单壁碳纳米管(3,0)的硼(B)、磷(P)单个原子掺杂和B/P共掺杂效应.计算了B、P单原子掺杂的形成能、能带结构和电子态密度,分析得出B、P掺杂(3,0)单壁碳纳米管是可行的,并且碳纳米管的导电性没有发生明显改变.本文还计算了在不同掺杂位点,(3,0)金属性碳纳米管的形成能和能带结构,发现B/P共掺杂也是可行的,B和P趋于形成B/P对,并且B/P的掺入使(3,0)金属性碳纳米管的能带打开,由金属性变成半导体性.     

B（N）掺杂单壁碳纳米管的Al原子吸附性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法和广义梯度近似,对未掺杂、掺B、掺N的碳纳米管(CNT)不同位置上Al原子的吸附进行了几何优化,计算了吸附Al、掺杂前后CNT的能带结构、态密度、差分电荷密度、电荷布居数和吸附能.计算结果表明,掺B使CNT形成缺电子状态,利于具有自由电子的Al原子的吸附结合,可显著提高Al在金属性的(5,5)CNT和半导性的(8,0)CNT外壁的吸附能;掺杂N形成多电子状态,在费米能级附近半满的施主能级也利于填充Al的价电子,改善Al在(5,5)CNT和(8,0)CNT外壁的吸附结合性 关键词： 密度泛函理论 单壁碳纳米管 B(N)掺杂 Al原子吸附     

边缘修饰的石墨烯纳米带电子特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算方法,研究了zigzag型石墨烯纳米带在边缘采用不同基团（包括氢原子、羟基、酮基、氢和羟基共同饱和）进行修饰后电子特性的改变,计算了能带结构、态密度和电荷差分密度。结果分析表明,不同基团修饰的影响本质上可归结于不同的边缘杂化方式。边缘sp2杂化方式对GNRs体系内层原子的电子状态影响很小,没有改变zigzag-GNRs的金属性;而边缘sp3杂化的体系在能带结构中打开了一个带隙,此带隙随纳米带宽度的增加而逐渐减小。其中GNRs-H2 体系和GNRs-H2O体系发生了由金属性向半导体性的转变,而GNRs-O体系费米能级升高并且进入了导带,依然呈现金属性。利用这种边缘修饰非常易于调控GNRs的电子能带结构。     

边缘修饰的石墨烯纳米带电子特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算方法,研究了zigzag型石墨烯纳米带在边缘采用不同基团（包括氢原子、羟基、酮基、氢和羟基共同饱和）进行修饰后电子特性的改变,计算了能带结构、态密度和电荷差分密度。结果分析表明,不同基团修饰的影响本质上可归结于不同的边缘杂化方式。边缘sp2杂化方式对GNRs体系内层原子的电子状态影响很小,没有改变zigzag-GNRs的金属性;而边缘sp3杂化的体系在能带结构中打开了一个带隙,此带隙随纳米带宽度的增加而逐渐减小。其中GNRs-H2 体系和GNRs-H2O体系发生了由金属性向半导体性的转变,而GNRs-O体系费米能级升高并且进入了导带,依然呈现金属性。利用这种边缘修饰非常易于调控GNRs的电子能带结构。     

B/N掺杂对双层石墨烯电子特性影响的第一性原理研究

利用平面波超软赝势方法研究了B/N原子单掺杂和共掺杂对双层石墨烯电子特性的影响.对掺杂双层石墨烯进行结构优化,并计算了能带结构、态密度、分波态密度等.分析表明,层间范德瓦尔斯相互作用对双层石墨烯的电子特性有比较明显的影响;B/N原子单掺杂分别对应p型和n型掺杂,会使掺杂片层的能带平移,使得体系能带结构产生较大分裂;双层掺杂的石墨烯能带结构与掺杂原子的相对位置和距离有关,对电子特性有明显的调控作用.其中特别有意义的是,B/N双层共掺杂在不同位置情况下会得到金属性或禁带宽度约为0.3 eV的半导体能带.     

应力作用下吸附过渡金属原子的蓝磷单层中的拓扑转变（英文）

本文通过第一性原理计算方法研究了被第四B族过渡金属吸附原子(Cr,Mo,W)修饰的蓝磷单层的电子结构性质,发现Cr修饰的蓝磷单层为磁性半金属,而Mo或W修饰的蓝磷单层为半导体,其带隙均小于0.2 eV.对Mo或W修饰的蓝磷单层施加双轴压应力使得带隙先闭合再打开,且在此过程中发生了能带反转的现象,说明Mo或W修饰的蓝磷单层发生了拓扑转变.Mo和W修饰的蓝磷单层的拓扑转变压应力分别为-5.75%和-4.25%,其拓扑绝缘带隙分别为94 meV和218 meV.如此大的拓扑绝缘带隙意味着在较高温度条件下有可能在蓝磷单层中通过吸附过渡金属原子实现拓扑绝缘态.     

应力作用下吸附过渡金属原子的蓝磷单层中的拓扑转变

本文通过第一性原理计算方法研究了被第四B族过渡金属吸附原子(Cr，Mo，W)修饰的蓝磷单层的电子结构性质，发现Cr修饰的蓝磷单层为磁性半金属，而Mo或W修饰的蓝磷单层为半导体，其带隙均小于0.2 eV. 对Mo或W修饰的蓝磷单层施加双轴压应力使得带隙先闭合再打开，且在此过程中发生了能带反转的现象，说明Mo或W修饰的蓝磷单层发生了拓扑转变. Mo和W修饰的蓝磷单层的拓扑转变压应力分别为-5.75%和-4.25%，其拓扑绝缘带隙分别为94 meV和218 meV. 如此大的拓扑绝缘带隙意味着在较高温度条件下有可能在蓝磷单层中通过吸附过渡金属原子实现拓扑绝缘态.     

锑烯吸附金属Li原子的密度泛函研究

锑烯(antimonene)是继石墨烯和磷烯之后出现的新型二维材料,在锂离子电池等领域受到关注.本文基于第一性原理的密度泛函理论,计算研究了锑烯对Li原子的吸附特性,包括Li原子的最稳定吸附构型、吸附密度以及吸附Li原子的扩散路径.结果表明:Li原子最稳定的吸附位置位于谷位,即底层Sb原子之上、顶层三个Sb原子中心位置,吸附能为1.69 eV,吸附距离为2.81?;能带计算发现,锑烯为带隙宽度1.08 eV的间接带隙半导体,吸附Li原子后费米能级上升进入导带,呈现出金属性;原子分波态密度分析发现, Sb原子的p电子态和Li原子的p和s电子态形成明显的共振交叠,表现出杂化成键的特征;随着吸附Li原子数量增加,锑烯晶格结构和电子结构发生较大变化.通过微动弹性带方法计算发现, Li原子在锑烯表面的扩散势垒为0.07 eV,较小的势垒高度有利于快速充放电过程.     

金衬底调控单层二硫化钼电子性能的第一性原理研究

基于密度泛函的第一性原理研究了金衬底对单层二硫化钼电子性能的调控作用. 从结合能、能带结构、电子态密度和差分电荷密度四个方面进行了深入研究. 结合能计算确定了硫原子层在界面的排布方式, 并指出这种吸附结构并不稳定. 能带结构分析证实了金衬底与单层二硫化钼形成肖特基接触, 并出现钉扎效应. 电子态密度分析表明金衬底并没有影响硫原子和钼原子之间的共价键, 而是通过调控单层二硫化钼的电子态密度增加其导电率. 差分电荷密度分析表明单层二硫化钼的导电通道可能在界面处产生. 研究结果可对单层二硫化钼晶体管的建模和实验制备提供指导.     

硅烯饱和吸附碱金属原子的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了硅烯饱和吸附碱金属元素原子的稳定性、微观几何结构和电子性质, 并与纯硅烯及其饱和氢化结构进行了对比分析. 研究发现复合物SiX(X=Li, Na, K, Rb)的形成能都是负的, 相对于纯硅烯来说可以稳定存在. Bader电荷分析表明, 电荷从碱金属原子转移至硅原子. 从成键方式来看, 硅烯与氢原子形成共价键, 而与碱金属原子之间形成的键主要是离子性成键, 但还存在部分共价关联成分. 能带计算表明, 锂原子饱和吸附在硅烯形成的复合物SiLi是直接带隙的半导体, 带隙大小为0.34 eV. 其他碱金属饱和吸附在硅烯上形成的复合物都表现为金属性.     

锯齿型硅纳米管不同手性下的电学与光学性质

本文用第一性原理中的局域密度近似方法,计算了锯齿型单壁硅纳米管(single-walled silicon nanotubes,SWSiNTs)的能带结构、态密度、吸收谱及反射谱.计算结果表明当n=6～9时,带隙为0,该组SWSiNTs具有金属性;当n=10～21时,能带图出现带隙,该组SWSiNTs具有半导体性;当n=13～21时,该组SWSiNTs的带隙以3组手性指数为周期减小;并在吸收谱和反射谱都会在一些相似频率值附近产生峰值.     

二维BC2 N薄片的结构稳定性和电子性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对二维BC₂N薄片的结构稳定性和电子性质进行了系统的研究.计算了BC₂N化合物16种可能的二维单层结构.对它们的能带结构分析发现,对称性最高的构型与石墨烯一样是一种半金属,而其他二维结构则为有不同带隙的半导体,其中最稳定的构型是带隙值为1.63 eV的直接带隙半导体.对最稳定构型的差分电荷密度分析和Bader分析发现:在最稳定的构型中,C–C键、C–N键、C–B键和B–N键主要以共价键的形式呈现,也具有比较明显的离子性.在应力作用下最稳定构型的单层BC₂N的带隙宽度会发生变化,压缩时带隙变宽,而拉伸时带隙变窄,但仍然为直接带隙半导体. 关键词： 2N')" href="#">BC₂N 单层原子薄片 电子结构 从头计算     

Fe-N共掺杂锐钛矿相TiO2电子性质与光学性质的第一性原理研究

近年来,Fe和N掺杂锐钛矿相TiO2半导体在实验中发现许多优异性能,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO2、Fe和N单掺杂及Fe和N共掺杂TiO2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.分析发现:Fe掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV而最低点与价带相距大约0.2 eV;N掺杂引起的杂质能带位于价带顶部附近. Fe和N共掺杂后杂质能带由两部分组成,位于价带顶上方0.62 eV和导带底下方0.22 eV处,其中一层杂质能带主要由N原子的2p轨道和Fe原子的3d轨道杂化形成,而另一条杂质能带主要由Fe原子的3d轨道形成,由于杂质能级的出现,使锐钛矿TiO2的禁带宽度变小.对光学性质分析发现:Fe和N共掺杂会使锐钛矿TiO2光学吸收带边红移,可见光区的光吸收系数明显增大,在低能区出现了新的吸收峰,对应能量为1.82 eV,与实验结果相符.     

六角氮化硼(h-BN)对单层硒化铟(InSe)的调制效应及这一新结构的电子性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算和分析了三种InSe/h-BN异质结的结构和电子性质.研究发现InSe/h-BN异质结具有间接带隙特点,并且价带顶和导带底的贡献均来自于InSe,差分电荷密度表明体系中没有明显的电荷交换.通过体系能带结构,我们发现h-BN层对单层InSe有着明显的调控效应.对比纯粹应变调控下单层的InSe的能带结构,发现h-BN对InSe能带结构的调控效应实际上是由InSe和h-BN之间的相互作用而诱导的晶格应变引起的.我们的研究结果表明,单层InSe沉积或生长在不同h-BN片上可以获得不同的晶格应变,实现对单层InSe能带结构的有效调控.     

Rb吸附石墨烯纳米带电子性质和光学性质的研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法了计算了Rb、O和H吸附石墨烯纳米带的差分电荷密度、能带结构、分波态密度和介电函数,调制了石墨烯纳米带的电子性质和光学性质,给出了不同杂质影响材料光学特性的规律.结果表明本征石墨烯纳米带为n型直接带隙半导体且带隙值为0.639 eV;Rb原子吸附石墨烯纳米带之后变为n型简并直接带隙半导体,带隙值为0.494eV;Rb和O吸附石墨烯纳米带变为p型简并直接带隙半导体,带隙值增加为0.996eV;增加H吸附石墨烯纳米带后,半导体类型变为n型直接带隙半导体,且带隙变为0.299eV,带隙值相对减小,更有利于半导体发光器件制备.吸附Rb、O和H原子后,石墨烯纳米带中电荷密度发生转移,导致C、Rb、O和H之间成键作用显著.吸附Rb之后,在费米能级附近由C-2p、Rb-5s贡献;增加O原子吸附之后,O-2p在费米能级附近贡献非常活跃,杂化效应使费米能级分裂出一条能带;再增加H原子吸附之后,Rb-4p贡献发生蓝移,O-2p在费米能级附近贡献非常强,费米能级分裂出两条能带.Rb、O和H的吸附后,明显调制了石墨烯纳米带的光学性质.     

La,Ce,Nd掺杂对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究稀土掺杂对单层MoS2电子结构的影响,文章基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法分别计算了本征及La,Ce,Nd掺杂单层MoS2的晶格参数、能带结构、态密度和差分电荷密度.计算发现,稀土掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径大小有关,La杂质附近的键长变化最大,Nd杂质附近的键长变化最小.能带结构分析表明,La掺杂可以在MoS2的禁带中引入3个能级,Ce掺杂可以形成6个新能级,Nd掺杂可以形成4个能级,并对杂质能级属性进行了初步分析.差分电荷密度分布显示,稀土掺杂可以使单层MoS2中的电子分布发生改变,尤其是f电子的存在会使差分电荷密度呈现出反差极大的物理图象.     

各Li吸附组分下硅烯氢存储性能的第一性原理研究

利用Li原子对硅烯进行表面修饰是提高硅烯氢存储能力的一种有效方法.为了充分挖掘Li修饰硅烯的氢存储性能,本文采用范德瓦耳斯作用修正的第一性原理计算方法,对不同Li吸附组分下硅烯的结构、稳定性和氢存储能力进行了研究.研究结果表明,硅烯体系能够在Li组分从0.11增加到0.50时保持稳定,其最大储氢量随Li组分的增加而增大,氢气平均吸附能则存在减小趋势;当Li组分达到0.50而饱和时,硅烯体系具有最大的储氢量,相应的质量储氢密度为11.46 wt%,平均吸附能为0.34 eV/H2,远高于美国能源部设定的储氢标准,表明提高Li组分甚至使其达到饱和在理论上能有效提高Li修饰硅烯的储氢性能.此外,通过对Mulliken电荷布居、差分电荷密度和态密度的分析,发现Li修饰硅烯的储氢机制与电荷转移诱导的静电相互作用和轨道杂化作用有关.研究结果可为Li修饰硅烯在未来氢存储领域的应用提供理论指导.     

掺氮碳化硅纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对本征碳化硅纳米管和掺氮碳化硅纳米管的电子结构进行了计算.计算表明本征（8,0）碳化硅为直接带隙半导体,能带间隙为0.94 eV;掺氮浓度为1.56%和3.12％的碳化硅纳米管的能带间隙减小为0.83 eV和0.74 eV.从差分电荷密度可以看出,能带间隙的减小是氮硅键与碳硅键相比共价成键能力降低的结果. 关键词： 碳化硅纳米管 掺氮 第一性原理 电子结构     

锂改性点缺陷石墨烯储氢性能的第一性原理研究

本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了两种石墨烯点缺陷处原子的分波态密度(PDOS),能带结构和差分电荷密度等,研究了锂掺杂对两种本征石墨烯缺陷C-Bridge和C7557电子结构的改性,以及对其储氢能力的影响.结果表明Li原子能够稳定的掺杂且不易形成团簇,并且Li原子掺杂石墨烯能够对石墨烯能带中的狄拉克锥和费米面起到调控作用,增强了缺陷石墨烯的电子活性.本征缺陷石墨烯的储氢能力较弱,缺陷石墨烯的储氢能力可以通过Li掺杂来改善.