翠绿亚胺聚合物高压下芳环扭角和能隙的缩减

利用改进的Ginder-Epstein模型计算了翠绿亚胺聚合物在参数V4,0取值于1.8～35.8 eV的自洽变分基态,并通过芳环扭角的变化来估算聚合物压强,给出了V4,0,芳环扭角及能隙与理论压强之间的最小二乘拟合.结果表明随此参数的增大,芳环扭角和能隙都缩减而理论压强升高.当理论压强由零压增至3.0 GPa左右时,能隙先快后慢从2.0 eV减小至最小值0.87 eV.这理论与该聚合物的高压电导测试结果一致.     

高压下碱式聚苯胺的理论吸收谱

利用改进的Ginder-Epstein模型计算了碱式聚苯胺在参数V2,0不同取值下的自洽变分基态，结果表明芳环扭角和能隙随此参数的减小而缩减。据此，用这个参数的减小来表示垂直于主链方向加压，估算聚合物压强与芳环扭角的对应关系并对自洽变分基态作拟合，给出了V2,0与压强之间的经验公式。最后作出高压吸收谱：加压至饱和压强7.69 GPa时，π — π*吸收峰由2.17eV蓝移至0.74eV。此理论谱供压力定标参考。     

高压下碱式聚苯胺的理论吸收谱

利用改进的Ginder-Epstein模型计算了碱式聚苯胺在参数V2,0不同取值下的自洽变分基态,结果表明芳环扭角和能隙随此参数的减小而缩减.据此,用这个参数的减小来表示垂直于主链方向加压,估算聚合物压强与芳环扭角的对应关系并对自洽变分基态作拟合,给出了V2.0与压强之间的经验公式.最后作出高压吸收谱:加压至饱和压强7.69 GPa时,π-π*吸收峰由2.17 eV蓝移至0.74 eV.此理论谱供压力定标参考.     

过苯胺黑聚合物的双极化子态

利用改进的Ginder-Epstein模型研究聚苯胺黑的双极化子态,给出其键序波幅、芳环扭角、电子能级、理论吸收谱和电荷分布,并与极化子进行对比.结果发现双极化子激发能为3.08 eV,晶格驰豫宽度涉及12格点与极化子相当;键交错驰豫深度大约为极化子的2倍,畸变中心芳环扭角高达68.35°大于极化子中心扭角的2倍.两个能隙态几乎简并,吸收谱低能峰为1.6 eV.     

过苯胺黑聚合物的双极化子态

利用改进的Ginder-Epstein模型研究聚苯胺黑的双极化子态, 给出其键序波幅、芳环扭角、电子能级、理论吸收谱和电荷分布,并与极化子进行对比。结果发现双极化子激发能为3.08eV, 晶格驰豫宽度涉及12格点与极化子相当;键交错驰豫深度大约为极化子的2倍,畸变中心芳环扭角高达68.35°大于极化子中心扭角的2倍。两个能隙态几乎简并,吸收谱低能峰为1.6eV。     

过苯胺黑聚合物高压下的极化子态

在改进的Ginder-Epstein模型下, 通过变动模型参数V2,0来表示对过苯胺黑聚合物施压,计算了不同压强下的n型极化子态. 结果表明从零压增加到9.34 GPa,极化子激发能从1.53eV 减小到0.99 eV,致使极化子浓度增加了9个数量级而饱和.同时,芳环扭角晶格弛豫的动力学有效质量从148减小到小于1电子静质量。这结果与实验上观察到的随压力增大聚合物电导率增高直至饱和的现象相吻合,确认了聚合物的极化子导电机制.     

碱式聚苯胺的高激发态极化子

在改进的Ginder-Epstein模型下,得到了碱式聚苯胺的高激发态极化子。同普通极化子对比,它的晶格畸变更宽、更深,带隙中的两个缺陷能级更接近,其理论吸收谱只有一个低能峰（~1.2eV）并且强度提高~60％。取中等强度的电子—芳环扭角耦合,则高激发态极化子的激发能为17.75eV,较普通极化子的激发能提高1.22eV。这些差异为区分两类极化子提供了判据。     

含芴聚合物电子亲合能和电离能的确定

通过循环伏安法测量了若干含芴交替共聚物的氧化还原电位,并通过氧化还原的起始电位点来确定聚合物的能级结构。从结果分析,在聚芴中引入系列的基团改变了聚合物的电离能、电子亲合能及带隙能。其中引入联吡啶后,带隙能变化不大,但电子亲合能明显升高,增加了电子的注入能力;引入带有七元环的联苯,特别是引入间位连接带有七元环的联苯后,带隙能明显增加。与聚芴比较,七元环聚合物电离能(I_p)从5.60eV增加到5.81eV,而电子亲合能(E_a)从2.05eV增加到2.42eV,带隙能从3.55eV增加到3.82eV。这与光谱得到的带隙能得到了较好的对应。     

(TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理中基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)方法, 设计了一种新的(TiO₂)₁₂ 量子环结构, 研究了它的几何结构、平均结合能及电子云分布等属性. 在此新型结构的基础上, 分别采用过渡金属化合物MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, WSe₂和WTe₂进行掺杂, 并分析了掺杂后体系的几何结构及电子属性(如平均结合能、能级结构、HOMO-LUMO轨道电子云密度分布和电子态密度等). 计算结果表明: (TiO₂)₁₂量子环直径为1.059 nm, 呈中心对称分布, 且所有原子组成一个二维平面结构, 使其几何结构比较稳定, 另外该量子环HOMO-LUMO轨道电子云分布均匀, 且能隙为3.17 eV, 与半导体材料TiO₂晶体的能隙的实验值(3.2 eV)非常接近. 掺杂后量子环的能隙均大幅减小, 其中WTe₂的掺杂结果能隙最小, 仅为0.61 eV, MoTe₂的掺杂结果能隙最大, 为1.16 eV, 也比掺杂前减小约2.0 eV. 其他掺杂结果的能隙都在1 eV左右, 变化不大. 这个能隙的TiO₂可以利用大部分的太阳光能, 使TiO₂具有更为广泛的应用.     

压力对有机半导体均苯四甲酸晶体结构转变和电子性质的影响

研究高压条件下均苯四甲酸(C₁₀H₆O₈)材料的结构和性质对探索有机半导体材料的应用有积极意义.基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,开展了0-300 GPa压强下C₁₀H₆O₈晶体的结构、电子和光学性质的研究.晶格常数在压强20 GPa和150 GPa下出现了明显跳变,且原子之间随着压强变化反复地出现成键/断键现象,表明压强可诱导晶体结构变化.电子结构的性质表明,0 GPa的C₁₀H₆O₈晶体是带隙为3.1 eV的直接带隙半导体,而压强增加到150 GPa时,带隙突变为0 eV,表明了晶体由半导体转变为导体.当压强为160 GPa时,晶体又变成了能隙约为1eV的间接带隙半导体,这可能是费米能级附近仅受O-2p轨道电子影响所导致.通过对C₁₀H₆O₈晶体介电函数的分析,再次验证了晶体在150 GPa时发生了结构相变.同时...     

First-principles study of narrow single-walled GaN nanotubes

Structural and electronic properties of narrow single-walled GaN nanotubes with diameter from 0.30 to 0.55 nm are investigated using the density functional method with generalized-gradient approximation. The calculations of total energies predict that the most likely GaN nanotubes in our calculation are (2,2), (3,2) and (3,3) nanotubes. From a detailed analysis we find that these narrow single-walled GaN nanotubes are all semiconductors, of which the armchair and chiral tubes are indirect-band-gap semiconductors whereas the zigzag ones have a direct gap except for (4,0) tube. The indirect band gap of (4,0) tube can stem from band sequence change induced by curvature effect. Our results show that the π-π hybridization effect and the formation of benign buckling separations play a key role in the band sequence changes of (4,0) tube.     

Mn掺杂6H-SiC的第一性原理研究

本文通过密度泛函理论第一性原理平面波超软赝势计算方法计算了Mn掺杂6H-SiC的电子结构与光学性质。计算结果显示掺杂Mn后的6H-SiC为间接带隙p型半导体,且带隙较本征体有所降低,带隙由2.022 eV降为0.602 eV,电子从价带跃迁所需能量减少。掺杂后的Mn的3d能级在能带结构中以杂质能级出现,提高了载流子浓度,导电性增强。光学性质研究中,掺杂Mn后的介电函数虚部在低能处增加,电子激发态数量增多,跃迁概率增大。掺杂后的光吸收谱能量初值也较未掺杂的3.1 eV扩展到0 eV,反射谱发生红移。由于禁带宽度的降低使得光电导率起始范围得到扩展。     

氧空穴导致二氧化钒低温相带隙变窄

具有一定能量的光照导致低温绝缘二氧化钒(VO_2)发生绝缘体金属转变.本文通过密度泛函理论的Heyd-Scuseria-Ernzerhof杂化泛函方法对含氧空穴的低温绝缘VO_2非磁M1相进行第一性原理研究.研究发现,含氧空穴的M1的晶格参数几乎不变,但氧空穴附近的长的V—V键长却变短了.进一步研究发现,尽管纯的非磁M1的带隙是0.68 eV,但含O1和O2位的氧空穴非磁M1带隙分别为0.23 eV和0.20 eV,同时含有O1和O2位氧空穴非磁M1带隙为0.15 eV,这很好地解释了实验结果.     

荷电孤子的电子束缚态

现有理论认为聚乙炔中的孤子只具有一个电子束缚态——midgap态。本工作发现,由于电子之间存在相互作用,且高分子链具有分立的原子结构,荷电孤子在能隙中应具有两个电子束缚态:一个是深能级,它离能隙中央0.2eV;一个是浅能级,离带边0.06eV。反式聚乙炔的光致吸收光谱证实了此理论。 关键词：     

Modulation of optical absorption in poly(diphenylenephthalide) films near the switching threshold

Optical properties of poly(diphenylenephthalide) nonconjugated polymer films near the electronic switching threshold have been studied by modulation spectroscopy. The measured spectra exhibit specific features in the range of the band gap at ∼2.4 eV. The results obtained have been interpreted using quantum-chemical calculations of the electron energy characteristics of the polymer molecule. It has been established that the injection of charge carriers into the polymer film and interaction of this excess charge with the macromolecule can lead to the formation of deep trap states near the center of the band gap.     

First-principles study of the band gap tuning and doping control in CdSe_xTe_(1-x) alloy for high efficiency solar cell

CdTe is one of the leading materials for low cost, high efficiency thin-film solar cells with a nearly ideal band gap of 1.48 eV. However, its solar to electricity power conversion efficiency(PCE) is hindered by the relatively low open circuit voltage(VOC) due to intrinsic defect related issues. Here, we propose that alloying CdTe with CdSe could possibly improve the solar cell performance by reducing the "ideal" band gap of CdTe to gain more short-circuit current from long-wavelength absorption without sacrificing much VOC. Using the hybrid functional calculation, we find that the minimum band gap of the CdTe_(1-x)Se_x alloy can be reduced from 1.48 eV at x = 0 to 1.39 eV at x = 0.32, and most of the change come from the lowering of the conduction band minimum. We also show that the formation of the alloy can improve the p-type doping of CuCdimpurity based on the reduced effective formation energy and nearly constant effective transition energy level, thus possibly enhance VOC, thus PCE.     

Band gap states of V and Cr in 6H-silicon carbide

Ti, V and Cr in n-type 6H-SiC were investigated by radiotracer deep level transient spectroscopy (DLTS). Doping with the radioactive isotopes ⁴⁸V and ⁵¹Cr was done by recoil implantation followed by annealing (1600 K). Repeated DLTS measurements during the elemental transmutation of these isotopes to ⁴⁸Ti and ⁵¹V respectively revealed the corresponding concentration changes of band gap states. Thus, three levels were identified in the band gap: a Cr level at 0.54 eV and two V levels at 0.71 and 0.75 eV below the conduction band edge. There are no deep levels of Ti in the upper part of the band gap. Received: 28 April 1997/Accepted: 16 May 1997