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掺杂β-FeSi2电子结构及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赝势平面波方法,对不同Co含量的β-FeSi2的能带结构,态密度、分态密度和光学性质进行了计算和比较.几何结构和电子结构的计算结果表明,Co掺杂使得β-FeSi2的晶格常数a增大,b和c变化不大,晶格体积增大.Fe1-xCoxSi2的能带结构变为直接带隙,禁带宽度从0.74 eV减小到0...     

MgCNi3的电子结构、光学性质与超导电性

用第一性原理的密度泛函能带计算方法研究了新近发现的超导体MgCNi3的电子能带结构.计算结果表明其电子结构的基本特征是：Ni的3d态和C的2p态的杂化组成了MgCNi3的导带，费米面附近的物理性质主要由来源于Ni的3d电子态决定.在费米能级(EF)以下30eV的范围内，Ni 3d态构成了能带色散微弱的密集电子态，EF恰好落在Ni 3dyz+zx和3d3z2-r2电子态密度.C 2p态分布在EF以下40—70eV的区域内，Mg主要是以二价离子Mg2+的形式存在.Mg原子的掺杂导致了Ni原子的3d态基本上全部占据，引起Ni原子磁矩的消失.费米能级EF处的态密度N(ＥＦ)是550(states/eV·cell)，由此得到的Sommerfeld常数γeal～445mJ/mol·K2.基于第一性原理的光学性质的计算结果表明：在0—12eV的范围内光吸收主要是从占据的Ni 3d态向C　2p和Ni4s的跃迁.根据这些结果得出结论：MgCNi3的超导电性基本上是强耦合的BCS电子-声子作用机理. 关键词： MgCNi3 高温超导体 电子结构 光学性质     

Na掺杂CaMnO_3晶体材料的结构调控、电子结构与光吸收性质的研究

在平面波和赝势法基础上研究了Ca位Na掺杂的钙钛矿型CaMnO_3晶体材料的晶体结构、电子结构和光吸收性质,分析了Na掺杂CaMnO_3晶体材料的电输运过程。结果表明,Na掺杂Ca位使CaMnO_3的晶胞三轴长度均增大,Na掺杂在CaMnO_3中引入了晶格畸变,且晶格畸变是各向异性的。Na掺杂之后,CaMnO_3晶体材料内的O-Mn-O形成的八面体逐步向两个O顶点方向拉长和扭曲。未掺杂和Na掺杂CaMnO_3带隙宽度分别为0.713eV和0.686eV,均呈现明显的半导体特性。在费米能级附近,s态电子对CaMnO_3的态密度贡献最小,p态电子对费米能级以下的态密度贡献最大,d态电子对费米能级以上的态密度贡献最大。Mnp态电子对费米能下方能级形成贡献较大,而Mnd态电子对费米能上方能级形成贡献最大,Op态电子对费米能下方能级形成贡献较大,而Op态电子对费米能上方能级形成贡献最小。与未掺杂CaMnO_3相比,Na掺杂CaMnO_3晶体材料吸收能量向低能量移动,且存在两个强吸收峰,其在6.15eV附近的吸收最强。     

高压下ZnSe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的压强下ZnSe晶体闪锌矿结构,得到了它的平衡晶格常数、总能量、电子态密度分布、能带结构、光反射与吸收系数等性质,详细讨论了高压下ZnSe的电子结构,并且结合实验结果定性地分析了高压下的光学性质. 关键词： 闪锌矿结构 态密度 能带结构 密度泛函理论     

LaPO4和ScPO4电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,对LaPO₄和ScPO₄的能带结构、电子态密度及光学性质进行计算和分析.计算结果表明：LaPO₄的禁带宽度为5.646 eV,ScPO₄的禁带宽度为4.531 eV. LaPO₄晶体价带顶主要由P-3s、P-3p及O-2p态贡献,导带底主要是由La-5d态贡献;ScPO₄晶体价带顶主要由P-3s、P-3p及O-2p态贡献,导带顶主要是由Sc-3d态贡献.就光学性质而言,ScPO₄的静介电常数是2.03,比LaPO₄(1.92)的静介电常数大,体系极化能力较好.     

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。     

宽禁带半导体材料CuYO2的第一性原理研究

本文利用基于第一性原理的广义梯度近似方法分析研究宽禁带半导体材料CuYO2能带结构、晶格常数和态密度。计算结果表明,CuYO2的价带区主要由Cu的3d态和O的2p态构成,而导带区主要由Y的3d态组成。在进行+U修正之后,随着U参量的增加,CuYO2的价带区和导带区发生分裂,导带区中Y的3d主峰向高能区移动导致导带扩大,带隙也随之扩大,当U取值为3eV时导带底由L点转变为Γ点,表明+U计算主要修正CuYO2导带从而能较好的改进理论带隙值。     

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。     

Mg_2Ge吸收系数和能量损失函数的第一性原理计算

应用密度泛函理论框架下的第一性原理超软赝势平面波方法系统地计算了Mg_2Ge基态的电子结构、电子态密度、弹性常数以及主要光电性质.计算结果表示Mg_2Ge是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0.2136 eV;其价带主要由Ge的4s,4p态电子组成,导带则主要由Mg的3s,3p以及Ge的4p态电子组成;静态介电常数ε_1(0)=25.294;折射率n_0=4.5043;吸收系数最大峰值为396560.9 cm~(-1);通过计算弹性常数解释了Mg_2Ge的脆性;并分析了所计算的Mg_2Ge光电性质和其能带结构,为Mg_2Ge提供了在光电应用领域的理论依据和实验指导.     

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.     

KDP和尿素晶体电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理的平面波超软赝势法对KDP(KH₂PO₄)和尿素(CH₄N₂O)晶体的能带结构、电子态密度、电荷差分密度以及布局分析进行了计算讨论.结果表明:尿素晶体中的C1-O1、C1-N1、N1-H2和N1-H1键都具有共价键特性,带隙值为4.636 eV,价带顶主要由H-1s与N、O的2p态贡献,导带底主要是H-1s与C、N、O的2p态贡献;KDP晶体的H1-O1键具有离子性而P1-O1则具有共价性,带隙宽度为5.713 eV,价带顶主要由O-2p以及P-3p贡献,导带底主要由H-1s、P-3s和3p以及K-4s和3p态贡献.     

S掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构与光催化性能的影响

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO₂的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化,导致晶体中的八面体偶极矩增大; S 3p态与O 2p态、Ti 3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化,从而导致TiO₂的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO₂在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO₂电子结构和光催化性能影响的差别. 关键词： 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ S掺杂 第一性原理 光催化性能     

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.     

The electronic structure and magnetism of GdSi2 by first-principles study

We have investigated electronic and magnetic properties of hexagonal, tetragonal, and orthorhombic GdSi₂, using the full-potential linearized augmented plane-wave method based on general gradient approximation for exchange-correlation potential. Antiferromagnetic (AFM) states of the GdSi₂ are found from total energy calculations to be energetically more stable, compared to ferromagnetic (FM) states in all of the considered present crystal structures. It is in good agreement with an experimental result. The calculated magnetic moments of valence electrons of the Gd atoms are 0.16, 0.14, and 0.14 μ_B for hexagonal, tetragonal, and orthorhombic crystal structures in AFM states, respectively, and the Si atoms are coupled antiferromagnetically to the Gd atoms irrespective of crystal structure even though their magnitudes are negligible.     

First-principles energy band calculation for undoped and N-doped InTaO4 with layered wolframite-type structure

The electronic structures of undoped and N-doped InTaO₄ with optimized structures are calculated within the framework of the density functional theory. Calculated lattice constants are in excellent agreement with experimental values, within a difference of 2%. The valence band maximum (VBM) is located near the middle point on the ZD line and the conduction band minimum (CBM) near the middle point on the DX line. This means that InTaO₄ is an indirect-gap material and a minimum theoretical gap between VBM and CBM is ca. 3.7 eV. The valence band in the range from −6.0 to 0 eV mainly consists of O 2p orbitals, where In 4d5s5p and Ta 5d orbitals are slightly hybridized with O 2p orbitals. On the other hand, the conduction band below 5.5 eV is mainly composed of the Ta 5d orbitals and the contributions of In and O orbitals are small. The band gap of N-doped InTaO₄ decreases by 0.3 eV than that of undoped InTaO₄, because new gap states originating from N 2p orbitals appear near the top of the valence band. This result indicates that doping of N atoms into metal oxides is a useful method to develop photocatalysts sensitive to visible light.     

低对称层状ReS2的电子结构和各向异性光学性质研究

采用第一性原理赝势平面波方法计算了三斜晶系低对称层状半导体二硫化铼（ReS2）的晶体结构、电子结构及光学性质。结果表明：扭曲的1T结构为ReS2的稳定结构, Re原子与其周围的S原子形成六配位的近似八面体结构,Re-S键长最大偏差为8.3%,Re-S键布局数最大偏差为40.5%,表明ReS2结构的低对称性;ReS2为直接带隙半导体,费米面附近的价带和导带主要由Re的5d及S的3p轨道电子构成,其中Re的5d轨道电子的贡献最大;当入射偏振光沿着[100]和[010]方向时,介电函数的实部（或虚部）非常接近,而当入射偏振光沿[001]方向时,介电函数的实部（及虚部）表现出明显的各向异性,主要是由于ReS2的结构低对称性和弱层间耦合造成的。     

不同维度ZnO能带结构和电子态密度的研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法来研究不同维度ZnO的能带结构和电子态密度.参考实验上的ZnO晶格参数构建不同维度的ZnO模型并进行结构优化后再计算能带结构和电子态密度.研究结果表明二维和三维ZnO都属于直接带隙半导体且二维ZnO的禁带宽度大于三维ZnO;从三维变到二维,ZnO的电子局域化程度变高且Zn 3d轨道电子从能量较低的能级向能量较高的能级跃迁.本文的研究展示了二维和三维ZnO能带结构和电子态密度的异同,为二维ZnO基的器件研究提供了一定的理论参考价值.     

一种由自由电子能带模型计算费米能级的方法

对面心立方（fcc)、体心立方（bcc)和六角密堆积（hcp)三种不同结构的晶体,在假设它们的原胞中包含8个价电子并将价电子近似为自由电子的情况下,采用“自由电子气理论”和“自由电子能带模型”,研究其根据费米球确定的费米能级EF与根据自由电子能带模型计算的平均键能Em。研究结果表明,由自由电子能带模型计算所得3种不同结构晶体（因而电子密度也不一样）的平均键能Em等于各自自由电子系统的费米能级EF。平均键能Em是我们在异质结带阶理论计算中建议的一种参考能级,研究结果在深化对平均键能Em物理实质认识的同时,提供了一种借助于自由电子能带模型计算自由电子系统费米能级EF的新方法。