空位浓度对纤锌矿BN电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

本文采用了第一性原理研究了空位缺陷纤锌矿BN的电子结构和光学性质.通过对能带结构、态密度分析发现：缺陷体系由于B、N的缺失,费米能级附近出现杂质能级.相较于本征体系,随着空位浓度增加,杂质能级变多,跃迁能量减小. N空位缺陷的纤锌矿BN态密度总体向低能区移动,且能级相较于B空位缺陷的纤锌矿BN明显增多.从复介电函数和光学吸收谱分析中发现,随着空位浓度的增加,缺陷体系纤锌矿BN在可见光区域的吸收逐渐增强.尤其是B₂₂N₂₄在可见光区域出现的吸收效果更好.     

高温高压下立方氮化硼和六方氮化硼的结构、力学、热力学、电学以及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和局域密度近似方法,优化了立方和六方氮化硼的几何结构,系统地研究了零温高压下立方和六方氮化硼的几何结构、力学、电学以及光学性质.结构与力学性质研究表明:立方氮化硼的结构更加稳定,两种结构的氮化硼均表现出一定的脆性,而六方氮化硼的热稳定性则相对较差;电学性质研究表明:立方氮化硼和六方氮化硼均为间接带隙半导体,且立方氮化硼比六方氮化硼局域性更强;光学性质结果显示:立方氮化硼和六方氮化硼对入射光的通过性都很好,在高能区立方氮化硼对入射光的表现更加敏感.此外,还研究了高温高压下立方氮化硼的热力学性质,并得到其热膨胀系数、热容、德拜温度和格林艾森系数随温度和压力的变化关系.本文的理论研究阐述了高压下立方氮化硼和六方氮化硼的相关性质,为今后的实验研究提供了比较可靠的理论依据.     

高氧空位浓度对锐钛矿TiO2莫特相变和光谱红移及电子寿命影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理研究,通过对锐钛矿TiO₂高氧空位浓度、态密度图及吸收光谱图的分析,发现锐钛矿TiO₂高氧空位浓度的条件下,高氧空位浓度对禁带变窄、吸收光谱红移和电子寿命都有很大的影响,从理论上进一步解释了高氧空位浓度对禁带变窄的原因.同时,锐钛矿半导体在高氧空位浓度时发生莫特相变和锐钛矿氧空位在等离子体中吸收光谱红移实验进行比较,发现锐钛矿TiO₂应适量控制高氧空位浓度对吸收光谱红移好于前者.适量控制高氧空位浓度的锐钛矿TiO 关键词： 锐钛矿 高氧空位浓度 吸收光谱红移 第一性原理     

Li3N-hBN体系中引入调节剂对合成cBN的影响

引入调节剂是一种改善立方氮化硼生长环境的重要手段. 本文中,我们研究了在Li3NhBN体系中引入调节剂对合成立方氮化硼的影响. 研究发现,调节剂的引入对立方氮化硼成核有明显的影响,并且通过光学显微镜可以明显发现调节剂曾有溶融的迹象,认为是调节剂在高温高压下发生溶解,改变了立方氮化硼生长溶液的性质,为立方氮化硼的生长提供了良好的生长环境,改变了立方氮化硼的生长速度,使晶体形貌得到了明显的改善. 通过电镜分析,发现调节剂含量的不同给晶体带来了不同的缺陷.     

高温高压下氮化硼的结晶化及立方氮化硼的合成

 研究了非晶BN、二维有序BN和低有序度六方BN（G.I＝6.1）在高温高压下的结晶行为及不同有序度的BN对立方BN合成的影响。研究结果表明，低有序度BN向高有序度六方相转化，但不同有序度的BN原料向立方BN转化的行为不同。少量B掺杂下的立方氮化硼的合成实验发现B的掺入阻碍立方BN的生成。低有序度BN不易向立方BN的主要原因可以认为是它们存在较多的N空位，高温高压下随着BN的结晶化，B以杂质析出并阻碍了立方BN的合成。     

氧空位浓度对ZnO电子结构和吸收光谱影响的研究

目前,氧空位对ZnO形成杂质能级的研究结果存在相反的结论,深杂质能级和浅杂质能级两种实验结果均有文献报道,并且,在实验中高温加热的条件下,氧空位体系ZnO中导带自由电子增加的来源认识不足.为了解决此问题,本文采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了纯的与两种不同氧空位浓度ZnO超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布、布居值和差分电荷密度的计算.结果表明,氧空位浓度越大,系统能量越上升、稳定性越下降、形成能越高、氧空位越难、导带越向低能方向移动、电子跃迁宽度越减小、吸收光谱越红移.这对设计制备新型氧空位ZnO体系光学器件有一定的理论指导作用.     

高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

为了研究锐钛矿TiO2晶体中高氧空位浓度对电子寿命的影响,利用基于局域密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波超软赝势方法,用第一性原理对含高氧空位浓度的锐钛矿TiO2晶体进行了结构优化处理、能带分布和态密度分布计算,表明在温度一定和高氧空位浓度的条件下,锐钛矿TiO2的电子寿命随氧空位浓度的增大而减小;电子浓度的大小对电子寿命无影响.同时,锐钛矿TiO2晶体中高氧空位浓度时,发现有莫特相变的现象.     

高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

为了研究锐钛矿TiO₂晶体中高氧空位浓度对电子寿命的影响,利用基于局域密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波超软赝势方法, 用第一性原理对含高氧空位浓度的锐钛矿TiO₂晶体进行了结构优化处理、能带分布和态密度分布计算, 表明在温度一定和高氧空位浓度的条件下, 锐钛矿TiO₂的电子寿命随氧空位浓度的增大而减小;电子浓度的大小对电子寿命无影响.同时,锐钛矿TiO₂晶体中高氧空位浓度时,发现有莫特相变的现象. 关键词： 高氧空位 2半导体')" href="#">锐钛矿TiO₂半导体 电子寿命 第一性原理     

二维缺陷GaAs电子结构和光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了存在Ga空位缺陷和掺杂B原子的二维GaAs的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明空位缺陷二维GaAs显示出金属特性,B原子的引入使体系变为间接带隙半导体,禁带宽度为0.35 eV.态密度计算发现体系低能带主要由Ga的s态、p态、d态和As的s态、p态构成;高能带主要由Ga和As的s态、p态构成.掺杂B原子与存在空位缺陷的二维GaAs相比,静态介电常数相对较低,变为8.42,且易于吸收紫外光,在3.90～8.63 eV能量范围具有金属反射特性,反射率达到52%.     

Ga空位对GaN:Gd体系磁性影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理结合投影缀加平面波的方法,研究了GaN中Ga被稀土元素Gd替代以及与邻近N或Ga空位组成的缺陷复合体的晶格常数、磁矩、形成能以及电子结构等性质.结果发现,Gd掺杂GaN后禁带宽度变窄,由直接带隙半导体转为间接带隙半导体;单个Gd原子掺杂给体系引入大约7μB的磁矩;在Gd与Ga或N空位形成的缺陷复合体系中,N空位对引入磁矩贡献很小,大约0.1μB,Ga空位能引入约2μB的磁矩.随着Ga空位的增多,体系总磁矩增加,但增加量与Ga空位的位置分布密切相关.当Ga空位分布较为稀疏时,Gd单原子磁矩受影响较小,但当Ga空位距离较近且倾向于形成团簇时,Gd单原子磁矩明显增加,而且这种情况下空位形成能也最小.     

First-principles study on anatase TiO2（101） surface adsorption of NO

In this paper, the stable structure and the electronic and optical properties of nitric oxide （NO） adsorption on the anatase TiO2 （101） surface are studied using the plane-wave ultrasoft pseudopotential method, which is based on the density functional theory. NO adsorption on the surface is weak when the outermost layer terminates on twofold coordinated oxygen atoms, but it is remarkably enhanced on the surface containing O vacancy defects. The higher the concentration of oxygen vacancy defects, the stronger the adsorption is. The adsorption energies are 3.4528 eV （N end adsorption）, 2.6770 eV （O end adsorption）, and 4.1437 eV （horizontal adsorption）. The adsorption process is exothermic, resulting in a more stable adsorption structure. Furthermore, O vacancy defects on the TiO2 （101） surface significantly contribute to the absorption of visible light in a relatively low-energy region. A new absorption peak in the low-energy region, corresponding to an energy of 0.9 eV, is observed. However, the TiO2 （101） surface structure exhibits weak absorption in the low-energy region of visible light after NO adsorption.     

六方氮化硼单层中一种(CN)3VB缺陷的第一性原理计算

二维六方氮化硼(hBN)的点缺陷最近被发现可以实现室温下的单光子发射,而成为近年的研究热点.尽管其具有重要的基础和应用研究意义,hBN中发光缺陷的原子结构起源仍然存在争议.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究hBN单层中一种B空位附近3个N原子被C替代的缺陷(CN)3VB.在hBN的B空位处,3个N原子各自带一个在平面内的悬挂键及相应的未配对电子,而通过C替换可以消除未配对的电子.系统研究了(CN)3VB缺陷的几何结构、电子结构以及光学性质,结果表明,缺陷可以由一个对称的亚稳态经过原子结构弛豫变成1个非对称的、3个C原子连在一起的基态结构.缺陷的形成在hBN中引入了一些由缺陷悬挂σ键及重构的π键贡献的局域缺陷态.这些缺陷态可以导致能量阈值在2.58 eV附近的可见光内部跃迁.本文的工作有助于进一步理解hBN中点缺陷的构成及光学性质,为实验上探讨发光点缺陷的原子结构起源及其性质提供理论依据.     

Study of polycrystalline boron-doped diamond films by Raman spectroscopy and optical absorption spectroscopy

The effect of the degree of doping polycrystalline diamond films by boron on their Raman and absorption spectra has been studied in the visible region (from 200 to 1000 nm). As the boron concentration increases in a polycrystalline diamond film, its Raman spectrum exhibits a number of new specific features caused by the effect of boron atoms on the diamond lattice. The dependences that relate these features to the boron concentration in the films are given. Moreover, the absorption spectra of the films have revealed a peak whose maximum corresponds to photons with an energy near 2 eV.     

空位缺陷对β-AgVO_3电子结构和光吸收性能的影响

基于密度泛函的第一性原理研究了Ag空位、O空位和Ag-O双空位对β-AgVO_3的电子结构及光学性质的影响.采用广义梯度近似平面波超软赝势GGA+U方法,对不同缺陷体系的形成能、能带结构、电子态密度、差分电荷密度和吸收光谱进行了计算和分析.通过比较不同Ag空位和O空位的形成能,确定了β-AgVO_3中主要形成Ag3空位和O1空位,并且Ag空位较O空位更容易形成.Ag3空位和O1空位的存在都使得β-AgVO_3带隙有一定程度的减小;Ag3空位使β-AgVO_3呈现p-型半导体性质,而O1空位和Ag3-O1双空位使β-AgVO_3呈现n-型半导体性质.Ag3和O1空位对晶体在可见光范围内的光吸收影响较小.     

Electronic structure and optical properties of CdWO4 with oxygen vacancy studied from first principles

The electronic structures, dielectric functions and absorption coefficient of both perfect CdWO₄ crystal (CWO) and the CWO crystal containing oxygen vacancy (CWO: V _O) have been studied using the CASTEP code with the lattice structure optimized. The calculated total density of states (TDOS) of CWO: V _O indicates that the oxygen vacancy would introduce a new electronic state within the band gap compared with that of perfect CWO. The dielectric functions are calculated since the imaginary part of the dielectric function can reduce the optical absorption of a certain crystal, and then the absorption coefficient is calculated. The calculated absorption spectra show that CWO: V _O exhibits two absorption bands in the ultraviolet and visible region, peaking at about 3.0 eV (413 nm) and 3.5 eV (354 nm), respectively, which are in agreement with the experimental results showing that the yellow CWO has two optical absorption bands in this region peaking at around 350 nm and 400 nm respectively. It can be concluded that oxygen vacancy causes these two absorption bands. The calculations also indicate that the optical properties of CWO exhibit anisotropy, and can be explained by the anisotropy of the crystal lattice.     

Ce和O空位共掺杂TiO_2的电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论加U的计算方法,研究了Ce和O空位单(共)掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构和光吸收性质.计算结果表明,Ce和O空位共掺杂TiO_2的带隙中出现了杂质能级,且带隙窄化为2.67 eV,明显比纯TiO_2和Ce,O空位单掺杂TiO_2的要小,因而可提高TiO_2对可见光的响应能力,使TiO_2的光吸收范围增加.光吸收谱显示,掺杂后TiO_2的光吸收边发生了显著红移;在400.0—677.1 nm的可见光区,共掺杂体系的光吸收强度显著高于纯TiO_2和Ce单掺杂TiO_2,而略低于O空位单掺杂TiO_2.此外,Ce掺杂TiO_2中引入O空位后,TiO_2的导带边从-0.27 eV变化为-0.32 eV,这表明TiO_2的导带边的还原能力得到了加强.计算结果为Ce和O空位共掺杂TiO_2在可见光光解水方面的进一步研究提供了有力的理论依据.     

Study on the defects of ZnO nanowire

The room-temperature photoluminescence property of ZnO nanowires was studied. It showed an ultraviolet peak and a visible light band in the PL spectrum. Through Gaussian fitting, it was found that the visible light band can be divided into two peaks at 2.37 eV and 2.53 eV, which was originated from oxygen antisite and oxygen vacancy defects, respectively. After being exposed to air or post-annealed in oxygen ambience, aging effect was observed and the peak at 2.53 eV disappeared due to the removal of oxygen vacancy defects. Therefore, it is suggested that oxygen antisite and oxygen vacancy coexist in ZnO and induce visible light emission.     

Cu-X(X=B, Al, Ga, In)共掺杂对ZnS可见光吸收的影响

ZnS能够用于光解水制氢,但是由于ZnS带隙较宽在一定程度上制约了可见光的吸收。为了减小闪锌矿ZnS的带隙宽度,增加对可见光的吸收,采用密度泛函理论研究了Cu-X(X=B, Al, Ga, In)共掺杂对ZnS电子结构和可见光吸收的影响。计算结果表明Cu-X(X=B, Al, Ga, In)共掺杂ZnS的结合能都是负值,都属于稳定结构;掺杂使得闪锌矿ZnS的带隙宽度由2.9eV分别减小到2.68eV、2.41 eV、2.18 eV、1.82 eV,导致了吸收谱和光导产生红移,有利于可见光的吸收;掺杂后导带底向低能级方向移动,同时在禁带中产生p-d杂化能级,导致了带隙宽度减小,有利于可见光的吸收和阻止光生载流子的复合;最后掺杂ZnS的带边位置满足水解制氢的条件,可用于制造光催化剂。综上所述Cu-X(X=B, Al, Ga, In)共掺杂ZnS有利于可见光的吸收。     

高压下BaLiF3晶体光学性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法, 在190 GPa的压力范围内, 计算了BaLiF3理想晶体和含空位点缺陷晶体的光学性质. 吸收谱数据表明, 压力因素不会导致BaLiF3晶体在可见光区有光吸收的行为. 空位点缺陷的存在会使得BaLiF3的吸收边红移(其中氟空位点缺陷引起的红移最显著) , 但这些红移不会导致它在可见光区内出现光吸收的现象. 波长在532 nm处的折射率数据显示, BaLiF3的折射率将随压力升高而增大. 氟空位点缺陷将导致BaLiF3的折射率增大, 但钡空位点缺陷和锂空位点缺陷的存在对其基本没有影响. 本文预测, BaLiF3晶体有成为冲击光学窗口材料的可能.