SrTiO3中形成级联能级的理论分析

以Bi和Cu掺杂为例,通过基于密度泛函理论的电子结构的计算,分析了SrTiO₃体系中形成级联能级的可能性.结果表明,Bi掺杂和Cu掺杂都可以在SrTiO₃的禁带中引入杂质能带,Bi和Cu的共同掺杂可引入两条杂质能带.通过在两条杂质能带之间级联激发,价带顶的电子可以受激跃迁到导带底.采用无辐射跃迁的简单模型,分析指出电子通过级联激发从价带顶受激跃迁到导带底的概率远远高于直接从价带顶跃迁到导带底的概率.这种级联激发可以有效提高导带中的载流子浓度. 关键词： 级联能级 密度泛函 掺杂     

Ga掺杂ZnO的电子结构与电性能的研究

采用密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法研究了n型Ga掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的晶格结构、能带结构和态密度,在此基础上分析了其电性能.计算结果表明,掺杂ZnO氧化物晶格a,b轴增大,c轴略有减小;Ga掺杂ZnO氧化物两能带之间具有0.6eV的直接带隙,需要载流子(电子)跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小;掺杂体系费米能级附近的态密度大大提高,其能带主要由Gas态、Zns态和Os态电子构成,且他们之间存在着强相互作用,其中Gas态电子对导带贡献最大.电输运性能分析结果表明,Ga掺杂ZnO氧化物导电机构由Znp-Op电子在价带与导带的跃迁转变为Gas-Znd-Os电子在价带与导带的跃迁,这也表明Gas态电子在导电过程中的重要作用;掺杂体系费米能级附近的载流子有效质量较未掺杂体系增大,且价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小.     

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.     

聚乙炔极化子的新电子束缚态

本文用自洽迭代的方法研究了SSH模型中极化子的电子能谱。结果发现,除了禁带中两个在TLM模型中存在的深能级电子束缚态外,还存在四个浅能级的电子束缚态。它们形成分立的能级,并分别位于导带的顶部和底部以及价带的顶部和底部。价带顶和导带底的两个束缚态只在一定的耦合参量λ范围内出现。 关键词：     

Y掺杂SrTiO3晶体材料的电子结构计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法, 研究了Y掺杂SrTiO3体系的空间结构和电子结构性质, 得到了优化后体系的结构参数, 掺杂形成能, 能带结构和电子态密度. 对比掺杂浓度为0.125, 0.25, 0.33时,Sr1-xYxTiO3和SrTi1-xYxO3的掺杂形成能,发现Y替代Sr能形成更稳定的结构. 对Sr1-xYxTiO3(x=0, 0.125, 0.25, 0.33) 的结构进行了优化,结果表明Y替代Sr后, 随着掺杂浓度增大, 体系的晶格常数逐渐减小, 稳定性逐渐增强. 对不同掺杂浓度的Sr1-xYxTiO3能带结构的计算结果表明:纯净的SrTiO3是绝缘体, 价带顶在R点, 导带底在Γ点, 费米能级处于价带顶; 掺杂Y后, 费米能级进入到导带底中, 体系呈金属性;掺杂浓度越大,费米能级进入导带的位置越深,禁带宽度也近似变宽.     

Y、Zr、Nb掺杂ZnS半导体第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了Y,Zr,Nb在Zn位掺杂ZnS半导体的能带结构和态密度.研究结果表明:Y,Zr,Nb掺杂体系的价带顶与导带底都在布里渊区的G点,为直接带隙半导体材料,掺杂对带隙宽度影响不大,掺杂结构的导带向低能区移动;Y,Zr,Nb在Zn位掺杂的Zn S的费米能级从价带顶移至导带底,说明掺杂后ZnS半导体材料从p型转变为n型,同时费米能级处出现数条杂质能级;Y,Zr,Nb掺杂体系的总态密度的贡献主要来源于Zn 4s、Y,Zr,Nb的4d 5s以及S 3p相互作用.     

N-S共掺杂金红石相TiO2电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究N和S单掺杂以及N和S共掺杂金红石相TiO2的能带结构,态密度和光学性质.结果表明:N掺杂导致禁带宽度减小为1.43 eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.32 eV;N和S共掺杂导致能带结构中出现了两条杂质能带,靠近导带的一条杂质能级距离导带底约0.35 eV,靠近价带的一条杂质能级距离价带顶约0.85 eV,杂质能级主要由N原子的2p轨道和S原子的3p轨道组成.N和S掺杂后不但使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,光催化活性增强.     

顺式聚乙炔中双极化子的新电子定域态

本文用自洽迭代的方法研究了顺式聚乙炔cis-(CH)_x中双极化子的电子能谱。结果发现,除了禁带中两个在连续模型中存在的深能级电子束缚态外,还存在一些浅能级的电子束缚态。它们形成分立的能级,并分别位于导带的顶部和底部以及价带的顶部和底部。这些电子态的定域程度随着电子晶格耦合参数λ及电子相互作用U的不同而变化。 关键词：     

Ni-C共掺杂AgSnO2触头材料电性能第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理分析方法的CASTEP软件,计算了Ni、C单掺杂和共掺杂SnO₂的晶格参数、能带结构、电子态密度和布局,结果表明:单掺杂和共掺杂均使得晶胞体积略微增大,禁带减小,且仍属于直接带隙半导体,在价带顶和导带底产生杂质能级,其中Ni-C共掺杂时禁带最小,杂质能级最多,电子跃迁需要的能量更小,导电性也就最好.共掺杂时费米能级附近的峰值有所减小,局域性降低,原子间的成键结合力更强,使得SnO₂材料也更加稳定.     

顺式聚乙炔中双极化子的新电子定域态

本文用自洽迭代的方法研究了顺式聚乙炔cis-(CH)_x_中双极化子的电子能谱.结果发现,除了禁带中两个在连续模型中存在的深能级电子束缚态外, 还存在一些浅能级的电子束缚态.它们形成分立的能级, 并分别位于导带的顶部和底部以及价带的顶部和底部. 这些电子态的定域程度随着电子晶格祸合参数又及电子相互作用U的不同而变化. 关键词：     

Effects of the second and third neighbor hopping interactions on the electronic states of soliton in polyacetylene

We have studied the energy spectra and the electronic states of a soliton in the weakly coupled electron-phonon systems using an extension of SSH model that includes non-nearest neighbor hopping interactions. The results show that: (1) the electron-hole symmetry of the energy band structure implied by SSH model is broken, and the energy gap 2 increases. (2) for a negative charged soliton, only two bound states have been found, one of them is the midgap state, another is a new shallow state near the bottom of the conduction band; for a neutral soliton, all three bound states exist as in the SSH model, but their localizations are strengthened; for a positive charged soliton, four bound states have been found, one of which is an additional state near the top of the conduction band.     

New Energy Spectra Structure of Polaron in Trans-Polyacetylene

In the weakly coupled electron-phonon systems, the existing theory pointed out that the energy spectra of polaron include four electronic bound states. Our work shows that, due to the non-nearest neighbor hopping interactions, the electron-hole symmetry of the energy band structure implied by SSH model is broken, and the numbers of the bound electronic states are changed. For a negative charged polaron, one new bound state is found near the bottom of conduction band, and the original two bound states below the bottom of the valence band and above the top of the conduction band disappear. For a positive charged polaron, five bound states have been found: one of them is an additional bound state at the top of the conduction band, the others are just the states found in the SSH model. Besides, the energy gap 2Δ is slightly shifted by turning on the long-range hopping interactions.     

强激光照射对6H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一性原理赝势法, 模拟研究了纤锌矿6H-SiC晶体在强激光照射下电子特性的变化. 研究结果表明, 电子温度T_e在升高到3.89 eV及以上后, 6H-SiC由间接带隙的晶体变为直接带隙的晶体; 带隙值随电子温度T_e升高先是增大后又快速减小, 当电子温度T_e大于4.25 eV以后, 带隙已经消失而呈现出金属特性.     

第一性原理计算Ti掺杂CrSi2的光电特性简

采用第一性原理方法对Ti掺杂CrSi2的几何结构、电子结构、复介电函数、吸收系数、反射谱、折射率和光电导率进行了计算,对Ti置换Cr原子后的光电特性变化进行了分析.结果表明:Ti置换Cr原子后,晶格常数a,b和c均增大,体积变大;Ti的掺入引入了新的杂质能级,导致费米能级插入价带中,Cr11TiSi24变为p型半导体,带隙宽度由未掺杂时的0.38eV变为0.082eV,价带顶和导带底的态密度主要由Cr-d和Ti-d层电子贡献;与未掺杂CrSi2相比,Cr11TiSi24的介电峰发生了红移,仅在1.33eV处有一个峰,而原位于4.53eV处的峰消失;吸收系数,反射率和光电导率明显降低.     

电子相互作用对聚乙炔中极化子电子态的影响

本文根据SSH和Hubbard模型研究了电子相互作用对聚乙炔中极化子的电子态的影响。结果发现:1.电子相互作用使能隙中出现了一个新的电子束缚态,它是靠近价带的浅能级;2.电子相互作用使得价带下面的一个电子束缚态消失,同时在导带上面出现了两个电子束缚态。 关键词：     

Soliton Lattice in Trans-Polyacetylene with Random Site-Type impurities

In order to understand the effect of disorder of impurities in doped trans-polyacetylene, we investigate the electronic states of trans-PA with random site-type impurities, especially, taken into account the Coulomb interaction between impurity ions. The randomness of impurity ions can obviously affect the electronic structures of trans-PA chain for the intermediate doping regime (y ≈ 4~8%). With increasing doping level, this in turn leads to widen the soliton band and narrow the band gap. Moreover, the upper gap will appear a maximum at the critical doping level (y ≈ 6%). In addition, when the doping concentration is larger than 12%, the random distribution of impurities tends to be uniform because of being concerned with the Coulomb interaction between ions. Meanwhile, the order parameter configuration indicates that it will appear soliton lattice.     

稀土元素(La,Y)掺杂GaN的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土元素La,Y单掺杂和La和Y共掺杂GaN的晶格常数、电子结构及光学性质进行了计算与分析.计算结果表明:掺杂改变了GaN的能带结构,未掺杂和Y掺杂形成导带底和价带顶位于G点的直接带隙半导体,而La掺杂和La和Y共掺杂形成导带底位于G点,价带顶位于Q点的间接带隙半导体.可以通过掺杂元素来调制GaN的禁带宽度和带隙类型,掺杂均提高GaN在低能区的静态介电常数、反射率、折射率,使光子的跃迁强度增大,说明稀土元素La,Y掺杂可有效调制GaN的光电性质.     

Zn1-xCdxS三元混晶的电子结构及光学性质计算与实验验证

基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,计算了Zn_1-xCd_xS三元混晶的电子结构和光学性质。计算结果表明,Cd进入ZnS晶格后,禁带宽度变窄,硫空位(V_S)缺陷能级随x值增大逐渐向费米能级移动,在紫外和可见波段的吸收截止波长随着x值增大逐渐红移。采用共沉淀法制备了Zn_1-xCd_xS三元混晶,XRD图谱表明形成了Zn_1-xCd_xS合金相,吸收光谱显示了与理论计算相符的能带和吸收截止边的移动规律,荧光光谱显示与V_S相关的发射峰随x增大逐渐红移,与计算得到的V_S缺陷能级的移动规律相同。     

Electronic properties of anatase TiO2 doped by lanthanides: A DFT+U study

The effects of mono-doping of 4f lanthanides with and without oxygen vacancy defect on the electronic structures of anatase TiO₂ have been studied by first-principles calculations with DFT+U (DFT with Hubbard U correction) to treat the strong correlation of Ti 3d electrons and lanthanides 4f electrons. Our results revealed that dopant Ce is easy to incorporate into the TiO₂ host by substituting Ti due to its lower substitutional energy (∼−2.0 eV), but the band gap of the system almost keeps intact after doping. The Ce 4f states are located at the bottom of conduction band, which mainly originates from Ti 3d states. The magnetic moment of doped Ce disappears due to electron transfer from Ce to the nearest O atoms. For Pr and Gd doping, their substitutional energies are similar and close to zero, indicating that both of them may also incorporate into the TiO₂ host. For Pr doping, some 4f spin-down states are located next to the bottom of the conduction band and narrow the band gap of the doping system. However, for Gd doping, the 4f states are located in deep valence band and there is no intermediate band in the band gap. The magnetic moment of dopant Gd is close to the value of isolated Gd atom (∼7 μB), indicating no overlapping between Gd 4f with other orbitals. For Eu, it is hard to incorporate into the TiO₂ host due to its very higher substitutional energy. The results also indicated that oxygen vacancy defect may enhance the adsorption of the visible light in Ln-doped TiO₂ system.