Ba置换对钙钛矿型氧化物CaMnO_3稳定性及电子结构的影响

采用赝势法近似密度泛函理论的方法研究了重元素Ba置换钙钛矿型氧化物CaMnO_3的稳定性及电子结构.结果表明,Ba置换引入晶格畸变,且具有各向异性.Ba置换钙钛矿型氧化物CaMnO_3呈现明显的半导体特性,且其稳定性降低.Ba置换Ca位之后,钙钛矿型氧化物CaMnO_3仍然呈间接带隙型能带结构,自旋向上和自旋向下的电子能带带隙宽度分别减小到0.659 eV和0.655 eV,且经过Ba置换之后向导体转变.Ba置换CaMnO_3晶体中的电子主要在-37.5 eV,-18 eV,-16 eV,-5 eV～0 eV,1 eV附近形成能带,能级数量在-18 eV,-16 eV,-0.7 eV三个极值点依次降低.Ba置换钙钛矿型氧化物CaMnO_3价带中和导带中的电子能级弥散性不同,表明它们具有不同的有效质量.Mn p,O p和Mn d电子对钙钛矿型氧化物CaMnO_3费米面态密度具有较大的贡献,它们决定CaMnO_3材料的导电过程.     

p型Na掺杂各向异性ZnO的电子性质与热电输运性质

采用密度泛函理论的第一性原理计算研究了p型Na掺杂各向异性ZnO的能带结构、光学性质、介电性质、总态密度和不同原子的分态密度,并系统分析了其热电输运性质。计算分析结果表明,p型Na掺杂ZnO为p型直接带隙半导体,其带隙增大到1.3eV,其对于光子的吸收限向低能量光子移动,体系费米能级附近的态密度大幅度提高,这主要是p态电子贡献的;在费米能级附近的导带和价带中都出现了新的能级,这些新的能级主要由Nas、Nap、Znp、Znd和Op电子形成,且他们之间存在着强耦合相互作用。Na掺杂ZnO的电输运性质具有各向异性;其价带和导带中的载流子有效质量均较大;载流子输运主要由Nas、Nap、Znp和Op电子完成。     

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.     

Sr掺杂对CaMnO_3基氧化物电子性质及热电输运性能的影响

采用密度泛函理论计算分析的方法研究了Ca位Sr掺杂的CaMnO_3基氧化物的电子性质和电性能;采用柠檬酸溶胶-凝胶法结合陶瓷烧结制备工艺制备了Ca位Sr掺杂的CaMnO_3基氧化物块体试样,分析研究了所得试样的热电传输性能.结果表明,Sr掺杂CaMnO_3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756 eV减小到0.711 eV.Sr掺杂CaMnO_3氧化物费米能级附近的载流子有效质量均得到调控,载流子浓度也有所增大.Sr比Ca具有更强的释放电子能力,其掺杂在CaMnO_3氧化物中表现为n型.Sr掺杂的CaMnO_3基氧化物材料电阻率大幅度降低,Seebeck系数绝对值较本征CaMnO_3基氧化物材料有一定程度的增大,Sr掺杂量为0.06和0.12的Ca_(1-x)Sr_xMnO_3(x=0.06,0.12)试样,其373 K的电阻率分别降低至本征CaMnO_3基氧化物材料的25%和21%,其373 K的Seebeck系数绝对值分别是本征CaMnO_3基氧化物材料的112.9%和111.1%,Sr掺杂有效提高了CaMnO_3基氧化物材料的热电性能.     

同价Mg置换对ZnO基氧化物电子结构与电性能的影响

采用密度泛函理论平面波超软赝势广义梯度近似方法,系统研究了Mg置换的ZnO基氧化物的晶格结构和电子结构,在此基础上分析了置换氧化物的电学性能。计算分析结果表明:Mg置换后的ZnO基氧化物其晶格减小,仍为直接带隙材料,带宽1.2eV。Mg掺杂ZnO体系主要在-40eV能量附近产生新的能带。费米能级附近的能带主要由Mg p、Zn p、Zn d、Op、Mg s、Zn s、Os电子形成,且这些能带之间存在着强相互作用。Zn p、Zn d、O p电子形成的能级上的载流子在外场作用下首先迁移至Mg s电子形成的能级,形成电输运过程。置换体系费米能级附近的载流子有效质量、态密度和载流子浓度都大大提高;Mg置换有利于ZnO材料体系电导率的提高。     

La掺杂3C-SiC电子结构和光学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计算方法,对未掺杂及稀土材料La掺杂3C-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,La掺杂引起3C-SiC晶格体积增大,掺杂体系能量更小,掺杂体系的结构更稳定;未掺杂3C-SiC是直接带隙半导体,其禁带宽度为1.406 eV,La掺杂后带隙宽度下降为1.161 eV,La掺杂3C-SiC引入了3条杂质能级,能量较高的1条杂质能级与费米能级发生交叠,另外2条杂质能级都在费米能级以下价带顶之上,La掺杂引起3C-SiC吸收谱往低能区移动,未掺杂3C-SiC的静态介电常数为2.66,La掺杂引起静态介电常数增加为406.01,La掺杂3C-SiC是负介电半导体材料.     

ReSi1.75电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理全势线性缀加平面波方法和局域密度近似(LDA),对ReSi1.75的基态晶格属性进行了研究.结构优化的结果表明,ReSi1.75的基态平衡晶格常数比实验值小约0.6%.在LDA计算基础上,考虑局域的Re的d电子库仑作用,用LDA+U方法计算了ReSi1.75的电子结构,发现当Ueff=U-J=4.4 eV时,能带结构呈半导体性质.具有0.12 ev的间接能隙和0.36 ev的直接能隙.有效质量计算结果表明,ReSi1.75晶体具有强烈的各向异性.Resi1.75的态密度在费米能级附近变化剧烈,通过掺杂改变材料的费米能级位置,有望提高材料的热电性能.     

Mg~(2+)掺杂锰酸锂的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法对Mg~(2+)掺杂锰酸锂的晶格常数与能带结构、态密度、键布居进行计算和分析,计算结果表明:掺杂Mg~(2+)后将会促使Mn、 O原子的电荷重新分布且其相互作用加强,能带带隙减小,费米能级附近的带数增加,费米能由-1.29 eV增加到-1.02 eV, Mn、 O、 Mg在总态密度中贡献比较大,锂离子贡献比较小且峰型尖锐局域化严重,提高了Li~+的扩散效率, Mn—O键变短,共价性增强,形成的共价键较稳定,其相互作用形成的骨架较稳定不易坍塌.从而提高了材料的循环充放电性能和电池使用寿命.     

Mn-N共掺杂TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了Mn、N掺杂TiO2和Mn-N共掺杂TiO2的能带结构、态密度和Mn-N共掺TiO2对体系介电函数与吸收谱的影响.研究结果表明,Mn掺杂TiO2的能带结构的禁带内出现的杂质能级是由Mn 的3d轨道贡献;N掺杂TiO2在费米能级处的杂质能级则由O 2p, Ti 3d和N 2p轨道杂化形成; Mn-N共掺的TiO2能带在费米能级处的杂质能级则由O 2p, Ti 和Mn的3d以及N 2p轨道杂化形成; 对于介电函数,在低能区间(<2.5 eV),理想TiO2无介电峰, Mn-N共掺体系则出现了两个介电峰,原因在于Mn 3d态和N 2p态使介电峰值向低能区移动;同时,与理想TiO2的吸收谱相比,最大的变化是在可见光区出现了一个吸收峰,且在可见光区的响应的范围变宽.     

Ⅲ族元素掺杂对SnO2电子结构及电学性能的影响

采用密度泛函理论研究了Ⅲ族元素掺杂对SnO2电子结构及电学性能的影响.态密度分析结果表明,以替代位存在的Ⅲ族杂质均使SnO2的费米能级明显向低能态方向移动,使得价带顶不完全填满,因此在SnO2中均充当受主作用.部分态密度分析结果表明,相对于掺Al的SnO2,Ⅲ族元素中的Ga及In对费米能级附近态密度贡献较大,其主要贡献来自Ga3d态或In4d态,这预示着在SnO2中掺Ga或In能实现更好的p型掺杂效果.电离能计算结果进一步表明,在Al,Ga及In三种元素中,替位In有最小的电离能(0.06 eV),这说明其在SnO2中能形成最浅的受主能级,因而在同等掺杂情况下,可引入最高浓度的空穴,从而实现最佳的p型掺杂效果.     

硅酸锌的电子结构

采用局域密度泛函理论和第一性原理的方法,计算四方结构和六角结构硅酸锌的平衡晶格常数、电子态密度和能带结构。计算结果表明,四方结构硅酸锌的平衡晶格常数为0.71048nm,六角结构为1.40877nm,两者与实验值的误差均在1%左右。态密度图显示,主要电子态分布在-7.18～0.00eV和2.79～10.50eV两个能量区域;同时,不同元素电子对导带和价带有不同贡献,其中氧的p态电子对价带顶贡献最大,锌的s态电子对导带底贡献最大。能带计算表明,四方与六角结构硅酸锌均为直接带隙半导体,禁带宽度分别为2.66,2.89eV。     

超晶格SnO2掺Cr的电子结构和光学性质的研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用全势线性缀加平面波方法(FPLAPW)和广义梯度近似(GGA)来处理相关能,计算了Cr掺杂SnO₂超晶格的电子态密度、能带结构、介电函数、吸收系数、反射率和折射率.研究表明由于Cr的掺入,超晶格SnO₂在费米能级附近形成了新的电子占据态,出现了不连续的杂质能带,这是由Cr-3d态和O-2p,Sn-5s态电子所形成.介电谱在0—5.5 eV之间时出现了三个新的介电峰,在高能区介电谱主峰位置发生蓝移,峰值强度减小.吸收谱、反射谱和折 关键词： 超晶格 第一性原理 态密度 电子结构     

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.     

Sc掺杂Ca3Si4的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对Sc掺Ca3Si4的电子结构和光学性质进行了系统的计算和分析比较.研究结果为块体Ca3Si4是间接带隙半导体,带隙为0.372eV,价带主要是由Si的3s和3p及Ca的3d态电子构成,导带主要是由Ca的3d态电子构成,静态介电常数ε1(0)=19,折射率n0=4.35;吸收系数在能量3.024eV处达到最大峰值1.56×105cm-1.而掺杂Sc变为n型半导体;费米能级附近的导带主要则由Ca的3d态电子和Sc的3d态电子构成,静态介电常数变为ε1(0)=54.58,折射率n0=7.416;吸收系数在能量5.253eV处达到最大峰值1.614×105cm-1.通过掺杂有效调制了Ca3Si4的电子结构和光学性质,计算结果为Ca3Si4光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

Ce掺杂CrSi2电子结构和光学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计算方法,对未掺杂及Ce掺杂CrSi2的电子结构和光学性质进行理论计算。计算结果表明,未掺杂CrSi2是间接带隙半导体,其禁带宽度为0.392 eV,掺杂Ce元素,仍然是间接半导体,带隙宽度下降为0.031eV。未掺杂CrSi2在费米能级附近主要由Cr-5d、Si-3p态贡献。Ce掺杂后在费米能级附近主要由Cr-5d轨道,Ce-4f轨道,C-2p,Si-3p轨道贡献,掺杂后电导率提高。未掺杂CrSi2有两个介电峰,掺杂后,只有一个介电峰。未掺杂CrSi2,在能量为6.008处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为5.009eV处,吸收系数达到最大值。     

Si掺杂Al2O3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析. 结果发现：随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5eV,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

FeS2多晶薄膜电子结构的实验研究

用磁控溅射方法制各纯Fe薄膜,并硫化合成FeS2.采用同步辐射X射线近边吸收谱与X射线光电子能谱研究了薄膜的电子结构.结果表明,合成的FeS2薄膜,在费米能级附近,有较强的Fe 3d态密度存在,同时,在价带谱中2-10eV处有强度较大的S 3p态密度存在;Fe的3d轨道在八面体配位场作用下分别为t2g和eg轨道,实验中由Fe的吸收谱计算得到两分裂能级之差为2.1eV;实验测得FeS2价带结构中导带宽度约为2.4eV,导带上方仍存在第二能隙,其宽度约为2.8eV.     

Mn、Fe掺杂ZnS的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了闪锌矿结构的纯净ZnS、Mn掺杂ZnS和Fe掺杂ZnS的电子结构和光学性质,分析了掺杂对ZnS晶体的能带结构、电子态密度、光学吸收系数的影响。计算结果表明:掺杂体系费米能级附近的电子态密度主要来源于Mn 3d,Fe 3d态电子的贡献;Mn、Fe掺杂情况下的光吸收谱均向低能级方向移动且在低能端形成新的吸收峰,红移效应明显。     

应力下MnGa合金体电子性质及磁性质的研究

采用密度泛函理论方法系统研究分析了四方结构MnGa合金体在a轴1GPa应力下的结构、形成、电子性质和磁性质.结果表明,应力下MnGa合金a, b轴晶格参数增大,c轴晶格参数减小,三轴夹角有偏离90°的趋势,晶胞体积增大. Mn-Ga不成键,Mn-Mn之间的强键作用进一步增强,Ga-Ga之间的强键作用消失. Mn-Mn结合键长和Ga-Ga结合键长均减小,而Mn-Ga间距增大,排斥作用减弱.应力下MnGa合金形成焓由-4.85 eV减小到-5.4 eV,其更容易生成.应力下其能带整体向下移动,导带和浅能级价带分布较宽,有效质量较小;深能级价带分布较窄,有效质量较大.自旋向下的电子能带没有带隙,自旋向上的电子能带有0.26 eV的间接带隙. s电子和p电子主要形成导带和浅能级价带,自旋极化较弱,d电子主要形成深能级价带,定域性和自旋极化最强.两种占位的Ga具有近乎相同的电子形态,Ga的s电子和Ga的p电子产生较明显的自旋极化,形成弱的磁性,Ga的d电子主要贡献深能级处的态密度,基本不贡献磁性质.两种占位的Mn主要贡献费米能处的态密度,Mn的d电子自旋极化最强,在费米能级下方Mn1自旋向下的电...     

Ⅲ族元素掺杂对SnO2电子结构及电学性能的影响

采用密度泛函理论研究了Ⅲ族元素掺杂对SnO₂电子结构及电学性能的影响.态密度分析结果表明，以替代位存在的Ⅲ族杂质均使SnO₂的费米能级明显向低能态方向移动，使得价带顶不完全填满，因此在SnO₂中均充当受主作用.部分态密度分析结果表明，相对于掺Al的SnO₂，Ⅲ族元素中的Ga及In对费米能级附近态密度贡献较大，其主要贡献来自Ga3d态或In4d态，这预示着在SnO₂中掺Ga或In能实现更好的p型掺杂效果.电离能计算结果进一步表明，在Al，Ga及In三种元素中，替位In有最小的电离能(0.06 eV)，这说明其在SnO₂中能形成最浅的受主能级，因而在同等掺杂情况下，可引入最高浓度的空穴，从而实现最佳的p型掺杂效果. 关键词： 密度泛函理论 2')" href="#">SnO₂ Ⅲ族元素掺杂 电子结构