Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质. 结果表明, 半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减小. 文中以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例, 分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质, 发现Cr-3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用. 随着掺杂浓度的增大, Cr原子间相互作用增强, Cr-3d能带向两边展宽, 导致自旋向下子带导带底的能量位置下降, 从而半金属能隙变窄.     

Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质. 结果表明, 半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减小. 文中以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例, 分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质, 发现Cr-3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用. 随着掺杂浓度的增大, Cr原子间相互作用增强, Cr-3d能带向两边展宽, 导致自旋向下子带导带底的能量位置下降, 从而半金属能隙变窄.     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN(Ga1-xMnxN,x=0.0625和0.1250)的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性.结果表明:Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大.Mn掺杂GaN均使得N2p与Mn3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强.     

三元化合物ZnVSe2半金属铁磁性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波赝势(PWP)方法,结合广义梯度近似(GGA),对三元化合物ZnVSe₂晶体的电子结构进行了计算,分析了ZnVSe₂晶体自旋极化的能带结构、电子态密度、电荷布居、磁矩等.计算结果表明,三元化合物ZnVSe₂会产生自旋极化状态,能带结构和态密度显示为半金属特征,表现出显著的铁磁性行为,具有高达近100%的传导电子自旋极化率,其半金属能隙为0.443eV,理论预测其可能是一种具有一定应用潜能 关键词： 2')" href="#">ZnVSe₂ 平面波赝势方法 半金属铁磁性 第一性原理     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN（Ga1-xMnxN, x=0.0625和0.1250）的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性。结果表明：Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大。Mn掺杂GaN均使得N 2p与Mn 3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强。     

半金属磁体

半金属磁体是近些年来日益受到关注的一种新材料，也是物质具有一种新形态，在半金属磁体的能带结构中，两个自旋子能带分别具有金属性与绝缘性，从而产生自旋完全极化的传导电子，这一特性使它有可能在新一代微电子设备中发挥重要作用，并为极化输运理论及自旋电子学的研究开辟崭新的领域，文章主要介绍了半金属磁体的命名、特征和几种典型的材料，回顾了在寻找半金属磁体过程中的理论计算和实验研究的发展历程，并对巳在半金属磁体材料中发现的一些具有应用价值的磁输运现象作了阐述。     

镍掺杂ZnO的半金属铁磁性质和光学性质的研究

采用基于局域密度泛函理论的第一原理平面波超软膺势法,研究了纯净ZnO和Ni掺杂ZnO后的能带结构、电子态密度以及光学性质,结果表明:Ni掺杂ZnO后存在自旋极化,体系表现出半金属铁磁性质,可以实现自旋极化载流子的注入,并且在可见光区和紫外光区(1.98 eV～5.61 eV)的吸收系数显著提高.     

LaOFeAs的反铁磁能带结构

基于密度泛函理论(DFT),采用线性缀加平面波展式结合改进的局域轨道方法(APW+lo),对新型超导材料LaOFeAs的结构进行了计算和分析.反铁磁计算的结果表明,由于巡游电子的贡献,系统具有负的磁矩.费米面附近两种自旋电子的能带在Г点附近具有显著差异,自旋向下的一条空带在此形成了与自旋向上未满填充导带局域相似的结构.而在其他K点,这两种自旋能带的结构基本相同.     

第一性原理计算Cu-Cr共掺AlN稀磁半导体

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,结合广义梯度（GGA）近似对Cr单掺AlN和Cu-Cr共掺AlN的32原子超原胞体系进行几何结构优化,计算它们的晶格常数,能带结构,电子态密度以及光学性质.结果表明Cr单掺AlN和Cu-Cr共掺AlN均表现为半金属性质,带隙变窄,且Cu-Cr共掺体系自旋极化作用较Cr单掺强,材料表现出良好的铁磁性.共掺杂后,光吸收的范围增宽,体系对长波吸收加强,能量损失明显减小.     

金掺杂锯齿型石墨烯纳米带的电磁学特性研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了金原子填充锯齿型石墨烯纳米带 (ZGNRs)中双空位结构的电磁学特性. 计算结果表明: 边缘位置是金原子的最稳定掺杂位置, 杂质原子的引入导致掺杂边缘的磁性被抑制, 不过掺杂率足够大时, 掺杂边缘的磁性反而恢复了. 金掺杂纳米带的能带结构对掺杂率敏感: 随着掺杂率的增大, 掺杂纳米带分别表现半导体特性、半金属特性以及金属特性. 本文的计算表明金原子掺杂可以调制ZGNR的磁性以及能带特性, 为后续实验起指导作用, 有利于推动石墨烯材料在自旋电子学方面的应用.     

Theoretical investigation on structural, magnetic and electronic properties of ferromagnetic GdN under pressure

The tight-binding linear muffin tin orbital (TB-LMTO) method within the local density approximation is used to calculate structural, electronic and magnetic properties of GdN under pressure. Both nonmagnetic (NM) and magnetic calculations are performed. The structural and magnetic stabilities are determined from the total energy calculations. The magnetic to ferromagnetic (FM) transition is not calculated. Magnetically, GdN is stable in the FM state, while its ambient structure is found to be stable in the NaCl-type (B₁) structure. We predict NaCl-type to CsCl-type structure phase transition in GdN at a pressure of 30.4 GPa. In a complete spin of FM GdN the electronic band picture of one spin shows metallic, while the other spin shows its semiconducting behavior, resulting in half-metallic behavior at both ambient and high pressures. We have, therefore, calculated electronic band structures, equilibrium lattice constants, cohesive energies, bulk moduli and magnetic moments for GdN in the B₁ and B₂ phases. The magnetic moment, equilibrium lattice parameter and bulk modulus is calculated to be 6.99 μ_B, 4.935 Å and 192.13 GPa, respectively, which are in good agreement with the experimental results.     

Spin-Split Joint Density of States in GdN

We present an investigation of the optical constants of the near stoichiometric GdN films.Transmission and reflection spectra are collected for the paramagnetic and the ferromagnetic GdN in the photon energy range of0.5-5.5 eV.In the ferromagnetic phase,behaviors of minority and majority spin states are specifically focussed on,which indicate spin-split joint density of states.The results confirm the LSDA+U estimates of energy gap associated with the majority-spins and also the magnitude of spin splitting.     

稀土元素Lu，Sc掺杂GaN光电特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论，采用广义梯度近似（GGA+U）平面波超软赝势方法，计算了本征GaN和稀土元素Lu、Sc掺杂GaN体系的电子结构和光学性质.结果表明：计算得到本征GaN的禁带宽度为3.37 eV，与实验值（3.39 eV）接近. Lu掺杂后GaN体系带隙变窄，而Sc掺杂后诱导了深能级杂质，带隙变宽，但仍为直接带隙半导体.掺杂后体系均发生畸变，晶格常数和体积增大，且在费米能级附近产生杂质带. Lu、Sc掺杂GaN体系的静态介电常数较本征GaN（4.50）均有所增大.Lu、Sc掺杂后体系介电常数虚部整体左移，光吸收边往低能方向移动，发生了红移现象.计算结果对稀土元素Lu、Sc掺杂GaN高压光电材料的开发和研究提供了理论依据.     

CdTe和HgTe电子结构的紧束缚模型计算

基于局域密度近似(LDA或GGA)的密度泛函理论计算往往低估体系的禁带宽度,而这一低估对窄带隙半导体尤为严重.尽管基于混合泛函的密度泛函理论能有效地修正这一误差,但是由于计算量较大仍无法用于计算较大体系.本文发展了一组能够比较准确描述CdTe和HgTe晶体电子结构的紧束缚参数.将基于混合泛函的密度泛函计算结果作为输入,我们构建了正交的sp~3s~*基组下的紧束缚模型.此模型能够比较准确地描述能带结构在费米面附近4 eV范围内的色散关系.利用当前模型计算了CdTe和HgTe非晶的电子态密度,计算结果与他人的理论计算和实验值符合较好.     

Optoelectronic and thermoelectric properties of Zintl YLi3X2(X=Sb,Bi) compounds through modified Becke—Johnson potential

In the present work, we investigate the structural, optoelectronic and thermoelectric properties of the YLi₃X₂(X=Sb, Bi) compounds using the full potential augmented plane wave plus local orbital (FP-APW+lo) method. The exchange-correlation potential is treated with the generalized gradient approximation/local density approximation (GGA/LDA) and with the modified Becke-Johnson potential (TB-mBJ) in order to improve the electronic band structure calculations. In addition, the estimated ground state properties such as the lattice constants, external parameters, and bulk moduli agree well with the available experimental data. Our band structure calculations with GGA and LDA predict that both compounds have semimetallic behaviors. However, the band structure calculations with the GGA/TB-mBJ approximation indicate that the ground state of the YLi₃Sb₂ compound is semiconducting and has an estimated indirect band gap (Γ-L) of about 0.036 eV while the ground state of YLi₃Bi₂ compound is semimetallic. Conversely the LDA/TB-mBJ calculations indicate that both compounds exhibit semiconducting characters and have an indirect band gap (Γ-L) of about 0.15 eV and 0.081 eV for YLi₃Sb and YLi₃Bi₂ respectively. Additionally, the optical properties reveal strong responses of the herein materials in the energy range between the IR and extreme UV regions. Thermoelectric properties such as thermal conductivity, electrical conductivity, Seebeck coefficient, and thermo power factors are also calculated.     

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ReSi_1.75的基态晶格属性进行了研究. 结构优化的结果表明，ReSi_1.75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ReSi_1.75的电子结构，发现当U_eff=U-J=4.4eV时，能带结构呈半导体性质. 具有0.12eV 关键词： 1.75')" href="#">ReSi_1.75 局域密度近似 自相互修正作用 电子结构     

LaAlO3/SrTiO3界面的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框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合局域密度近似（LDA）研究了钙钛矿结构氧化物LaAlO3 /SrTiO3界面的电子结构及光学性质。能带结构分析表明当形成(AlO2)-/(TiO2)0界面时其禁带宽度为1.888 eV,呈现绝缘体的性质,当形成(LaO)+/(SrO)0界面时其禁带宽度为0.021 eV,呈现半导体或半金属性质。同时,对不同界面的光学性质也进行了研究,结果表明纯相的LaAlO3和SrTiO3的吸收系数、反射系数及能量损失谱强度明显高于由这两种单质形成不同界面的强度。     

点缺陷对单层MoS2电子结构及光学性质的影响研究

采用基于第一性原理的贋势平面波方法,对不同类型点缺陷单层MoS2电子结构、能带结构、态密度和光学性质进行计算。计算结果表明：单层MoS2属于直接带隙半导体,禁带宽度为1.749ev,V-Mo缺陷的存在使得MoS2转化为间接带隙Eg=0.671eV的p型半导体,V-S缺陷MoS2的带隙变窄为Eg=0.974eV,S-Mo缺陷的存在使得MoS2转化为间接带隙Eg=0.482eV; Mo-S缺陷形成Eg=0.969eV直接带隙半导体,费米能级上移靠近价带。 费米能级附近的电子态密度主要由Mo的4d态和s的3p态电子贡献。光学性质计算表明：空位缺陷对MoS2的光学性质影响最为显著,可以增大MoS2的静态介电常数、折射率n0和反射率,降低吸收系数和能量损失。     

First-principles calculations of structural and electronic properties of Tl_xGa_(1-x)As alloys

The zincblende ternary alloys Tl_xGa_(1-x) As(0 x 1) are studied by numerical analysis based on the plane wave pseudopotential method within the density functional theory and the local density approximation. To model the alloys,16-atom supercells with the 2 × 2 × 2 dimensions are used and the dependency of the lattice parameter, bulk modulus,electronic structure, energy band gap, and optical bowing on the concentration x are analyzed. The results indicate that the ternary Tl_xGa_(1-x) As alloys have an average band gap bowing parameter of 4.48 eV for semiconductor alloys and 2.412 eV for semimetals. It is found that the band gap bowing strongly depends on composition and alloying a small Tl content with GaAs produces important modifications in the band structures of the alloys.