高压下氧化镉弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理研究

 运用基于密度泛函理论的平面波赝势方法（PWP），计算研究了氧化镉NaCl结构（B1结构）和CsCl结构（B2结构）在不同压力条件下的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质。交换关联能分别采用广义梯度近似（GGA）和局域密度近似（LDA）。通过比较计算和实验得到的晶格常数和体模量不难发现，LDA的计算结果更符合实验值。在高压的作用下，两种结构的导带能级有向高能级移动的趋势，而价带能级有向低能级移动的趋势，因此直接带隙变大。同时，对照态密度分布图及高压下能级的移动情况，分析了CdO两种结构在高压作用下的光学性质。     

BC5力学性质的第一性原理计算

采用平面波赝势密度泛函理论方法对0—60 GPa静水压下BC₅ 六角晶系P3m1和四方晶系I4m2结构的平衡态晶格常数、弹性常数、各向异性以及泊松比与Cauchy扰动进行了研究. 研究结果表明, BC₅的两种结构在高压下是稳定的, 且不可压缩性随着压强的增加而增大. 另外, 对其电子结构也进行了计算, 计算结果表明, BC₅存在一个较宽的带隙, 两种原子间有较强的共价杂化, 材料的性质主要由B的2p¹和C的2p²态电子共同决定. 压强对材料带隙和费米能级附近的态密度几乎没有影响, 只引起微小的漂移, 可推断其很好的高压稳定性.     

NaBn(n=1—9)团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论(DFT)中B3LYP方法在6-311+G(d)水平上计算并分析了 NaB_n(n=1—9)团簇的几何结构及电子性质. 同时, 讨论了团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分和极化率.研究表明:NaB_n(n=1—9) 团簇基态绝大多数为平面构型. 能级间隙和二阶能量差分结果表明NaB₃与NaB₅是幻数团簇. 另外, 对平均线性极化率和极化率的各向异性不变量研究表明基态NaB_n团簇的电子结构随B原子的增加虽然趋于紧凑, 但尚未形成特定的堆积方式.     

高压下AlN的电子结构和光学性质

运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,利用第一性原理计算了不同压强下六方纤锌矿结构AlN晶体的晶格常数、总能量、电子态密度、能带结构、光反射系数与吸收系数。通过比较能带结构的变化行为,得出 AlN在16.7Gpa附近存在等结构相变,即由直接带隙结构转变为间接带隙结构。同时,结合高压下的态密度分布图和能级移动情况,分析了AlN在高压下的光学性质,吸收谱有向高能端移动(蓝移) 的趋势。     

高压下AlN的电子结构和光学性质

运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法，利用第一性原理计算了不同压强下六方纤锌矿结构AlN晶体的晶格常数、总能量、电子态密度、能带结构、光反射系数与吸收系数。通过比较能带结构的变化行为，得出 AlN在16.7Gpa附近存在等结构相变，即由直接带隙结构转变为间接带隙结构。同时，结合高压下的态密度分布图和能级移动情况，分析了AlN在高压下的光学性质，吸收谱有向高能端移动(蓝移) 的趋势。     

半导体材料AAl2C4(A=Zn, Cd, Hg; C=S, Se)的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 对具有缺陷型黄铜矿结构的半导体材料A^ⅡAl₂C₄^Ⅵ(A=Zn, Cd, Hg; C =S, Se)的构型和电子结构进行研究, 并系统考察了各晶体的光学性质. 对于线性光学性质, 五种晶体在红外区和部分可见光区具有良好的透光性能, 其中HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄晶体具有适中的双折射率. 在非线性光学性质方面, 该类晶体倍频效应较强, 理论预测得到的二阶静态倍频系数均较大(>20 pm/V). 体系的倍频效应主要来源于价带顶附近以S/Se 价p轨道为主要成分的能带向含有较多Al/Hg 价p成分的空带之间的跃迁. 通过与已商业化的AgGaC₂晶体光学性质的对比, 结果表明HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄是一类性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

高压下闪锌矿InN光电性质的密度泛函研究

 采用密度泛函理论,计算了闪锌矿型InN在压力下的结构、力学性质和光学性质,结果显示,随着压强的增大晶格常数减小。给出了零压下C₁₁、C₁₂、B、C_s、C₄₄的值及至70 GPa压力下弹性常数随压强的变化关系。结果表明,C₁₁、C₁₂、B随压强增大而增大,C_s、C₄₄随压强增大而减小,计算结果与现有实验和理论结果符合较好。在价带区,InN的分态密度（PDOS）有两个带,且在费米面附近密度很小,显示其倾向于形成稳定结构并且导电性较差。对闪锌矿型InN在高压下的光学性质研究发现,导带电子向高能方向偏移,而价带电子向低能方向偏移,结果导致能带间隙增大,光吸收谱在压力的作用发生了“蓝移”。研究结果对认识高压下闪锌矿型InN的结构、电学及光学性质具有重要意义。     

γ-AlON晶体电子结构和光学性质研究

本研究在基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)框架下, 采用局域密度近似(LDA)和赝势平面波方法, 计算了平衡结构尖晶石型γ -AlON的态密度和光学性质参数．结合表征电子结构的态密度, 分析了γ -AlON在0—30 eV范围内的复介电函数以及由其导出的折射率、反射谱、 吸收谱等．理论计算得出: γ -AlON零频介电常数ε₁(0)=2.60, 折射率n₀=1.61, 在红外到近紫外以及20.23 eV以上的紫外波段,其光吸收趋近于零, 表现为光学透明. 理论计算结果与相关实验数据相一致, 为γ -AlON在光学窗口及头罩材料等方面的应用提供了理论依据和参考.     

磁场中耦合量子线的三阶非线性光学吸收率

本文研究了磁场中耦合量子线的三阶非线性光学吸收率,并且利用密度矩阵算符理论导出了三阶非线性光学吸收率的解析表达式.最后,以GaAs/Al_xGa_1-xAs耦合量子线为例作了数值计算,并绘出了三阶非线性光学吸收率与磁场B,光子能量h-ω以及间隔D之间的依赖关系.     

萤石结构TiO2的电子结构和光学性质

利用第一性原理计算了立方相萤石TiO₂的晶胞参数，能带结构和电子态密度.结果显示萤石TiO₂属于间接带隙半导体材料，其间接禁带宽度(Γ→X)E_g为2.07eV，比常见的金红石和锐钛矿TiO₂的禁带宽度窄.为了更清楚地了解萤石的光学性质，利用Kramers-Kronig色散关系，分别对萤石和金红石TiO₂的复介电常数、吸收率等参数进行了计算，并将二者结果做了     

First-principles calculations for electronic and optical properties of the zinc-blende structured BeS compound under pressure

The electronic and the optical properties of the cubic zinc-blende (ZB) BeS under high pressure have been investigated by using \it ab initio plane-wave pseudopotential density functional theory method in the generalised gradient approximation (GGA) for exchange-correlation interaction. The electronic band structure and the pressure dependence of the total and partial densities of state under pressure are successfully described. Our calculations show that the ZB BeS has large and indirect band gaps associated with (Γ → X) transitions in ambient conditions. The results obtained are consistent with the experimental data available and other calculations. The optical properties, including dielectric function, energy-loss function, complex refractive index, reflection and absorption spectra, are investigated and analysed at different external pressures. The results suggest that the optical absorption appears mostly in the ultra-violet region and the curve of refractive index shift toward high energies (blue shift) with pressure increasing.     

高压下LiNbO_3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO_3晶体态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO_3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收函数,能量损失函数以及光电导率.研究发现:外界压强大于10GPa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生"蓝移".研究表明,外界高压可以有效调控LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO_3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下LiNbO3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO3晶体波态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收系数,能量损失函数以及光电导率. 研究发现：外界压强大于10Gpa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生“蓝移”.研究表明,高压可以有效调控LiNbO3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

Sc与C掺杂MgS电子结构与光学性质的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Sc、C单掺以及共掺MgS体系的稳定性、电子结构和光学性质进行了研究,结果表明：与本征MgS体系相比,掺杂后体系的结合能仍为负值,表明掺杂体系均处于稳定状态,其中Sc-C共掺MgS体系的结合能最小,说明Sc-C共掺体系最稳定。掺杂后体系的禁带宽度均减小,表明电子由价带跃迁至导带的能量减小;此外,掺杂体系在低能区均发生了明显的红移现象,表明Sc、C掺杂能够有效的拓宽体系对可见光的响应范围。其中,Sc-C-MgS体系在费米能级附近产生了杂质能级且带隙宽度较小,在可见光范围内的吸收系数最优,可推测Sc-C共掺杂可作为提高MgS体系光催化活性的有效手段。     

Calculations of the Pressure of Polymorphic Transformation in Small Alkali-Halide Crystals

The present paper analyzes the properties of structural phase transitions under the extremal conditions of high pressures. In the context of the theory of density functional (TDF), the pressures of the B1–B2 transitions are calculated for small alkali-halide crystals as functions of the crystal size. The size effect of the B1–B2 transition – an increase in the transition pressure with the decreasing crystal grain radius – has been established for all investigated halides except lithium fluoride for which the dependence is reverse.     

First principles study on the structural and optical properties of the high-pressure ZnO phases

A new high-pressure tetragonal phase (B10) of ZnO is investigated with an ab initio calculation based on density functional theory and is compared with the cubic B1 (rocksalt structure) and B2 (CsCl structure) phases at high pressure. It is found that the B10 phase has a more covalent nature than the B2 phase. The B1, B2, and B10 phases are semiconductors and their band gap energies are determined to be 3.73, 3.15, and 3.27 eV, respectively. The B10 phase has a similar optical response to the B2 phase, but not the B1 phase. The similarity of dielectric function between B10 and B2 phases are the result of the similar profiles of electronic density of state.     

Pressure effect on structural,electronic optical and thermodynamic properties of cubic AlxIn1-xP: a first-principles study

ABSTRACT

First-principles total energy calculations have been performed using the full potential linearised augmented plane wave (FP-LAPW) method as implemented in the WIEN2k code based on the density functional theory (DFT) to investigate the Al-doping effects on the structural, electronic and optical properties of Al_xIn_1-xP ternary alloys in the zinc-blende (ZB) phase. Different approximations of exchange-correlations energy were used such as the local density approximation (LDA), the generalised gradient approximation within parameterisation of Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE-GGA), and the Wu-Cohen (WC-GGA). In addition, we have calculated the band structures with high accuracy using the Tran-Blaha modified Becke–Johnson (TB-mBJ) approach. The pressure dependence of the electronic and optical properties of binary AlP, InP compounds and their related ternary alloys Al_xIn_1-xP were also investigated under hydrostatic pressure for (P?=?0.0, 5.0,10.0, 15.0, 20.0, 25.0?GPa), where it is found that InP compound change from direct to indirect band gap for P?≥?9.16?GPa. Furthermore, we have calculated the thermodynamic properties of InP and AlP binary compounds as well as the Al_xIn_1-xP solid solutions, where the quasi-harmonic Debye model has been employed to predict the pressure and temperature dependent Gibbs free energy, heat capacity, Debye temperature and entropy.     

Electronic and optical properties of distorted rare-earth manganite under hydrostatic pressure

The effect of hydrostatic pressure on the crystal structure, electronic and optical properties of distorted rare-earth manganite TbMnO₃ has been studied on the basis of first-principle calculations. The results reveal that the band gaps reduce quadratically with increasing pressure. The optical properties of TbMnO₃ predict that the peaks in the dielectric function shift to higher photon energy due to the transformation of inner electronic states with increasing pressure. Otherwise, the peaks in the reflectivity spectra and loss function were also found to move to higher photon energy with pressure increasing and the relationships between the positions of these peaks and pressure can be fitted by third order polynomial expressions.     

MgS晶体结构性质的密度泛函研究

采用基于密度泛函理论(DFT)基础上的第一性原理赝势平面波方法对MgS晶体四种构型(B1，B2，B3，B4)的体相性质进行了系统研究.计算结果表明，B1构型的晶体是间接带隙型半导体，而B2，B3和B4构型的晶体则是直接带隙型材料，其中B2构型的带隙宽度最窄，其值为0.42eV.在压力不超过200.3GPa时，B1构型的MgS 晶胞是最稳定的，当压力大于该值时，会发生B1构型到B2构型的转化. 关键词： MgS 第一性原理赝势平面波方法 电子结构 转化压力