太阳能材料CuInS_2的晶体结构、电子和光学特性(英文)

用全电势线性缀加平面波法加局域轨道方法调查了黄铜矿半导体CuInS2的结构、电子和光学特性.我们计算的带隙0.17eV是直接的,其它实验和理论也表明这种材料有一个直接带隙.在In 4d和S3p轨道之间有相当强的杂化,构成了(InS2)4-阴离子.我们计算的反射率光谱,介电函数的实部和虚部,消光系数和折射率和实验结果取得了很好的一致.     

Cr和C共掺TiO_2的电子结构和光学性质的研究

利用第一性原理计算,研究了Cr与C共掺锐钛矿型TiO_2的能带的结构,态密度和光学性质.我们构建了两种不等价的Cr与C紧邻共掺体系:CrC_1-TiO_2和CrC_2-TiO_2.CrC_1-TiO_2体系在价带上方出现了主要由C-2p轨道和Cr-3d轨道耦合成的子带.同时,由于姜-泰勒变形效应,Cr-3d轨道的t_(2g)轨道进一步分裂的成Cr-3d_(yz)轨道在导带底形成附加带,有效带隙较纯TiO_2相比变窄了0.84eV.CrC_2-TiO_2体系带隙中有深带隙态存在,由于深间隙态的存在,价带顶到深带隙的能量宽度为0.84eV,电子从价带顶转移到导带底的所需要的能量将大大减小.最后,我们对纯TiO_2和Cr与C紧邻共掺TiO_2的光学特性进行了计算.结果显示Cr与C共掺TiO_2的光学吸收谱都有很好的可见光区域分布,大大提高了太阳光的利用率.     

二维Nb_2SiTe_4基化合物稳定性、电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理计算,确定了3种稳定未被报道的Nb_2SiTe_4基化合物(A_2BX_4:Nb_2SiSe_4, Nb_2SnTe_4和Ta_2GeTe_4),研究了其电子结构,光学性质以及应力工程对其电子结构的调控.计算结果表明上述3种化合物具有类似Nb_2SiTe_4的窄带隙值、强的光吸收性能以及显著的光学各向异性,可用于光电器件之中.其晶格常数范围为6.04 ?≤a≤6.81 ?, 7.74 ?≤b≤8.15 ?. Ta2GeTe4的晶格参数与Nb_2SiTe_4几乎相同,带隙值减小了0.15 eV,可应用于远红外光探测.应力工程表明外加双轴拉伸应力可减小A_2BX_4体系带隙值.外加双轴压缩应力时, A_2BX_4体系价带顶轨道可出现反转(Nb_2SiTe_4, Nb_2GeTe_4和Ta_2GeTe_4),由B位阳离子占据态d轨道主导转变为B位阳离子占据态d轨道与X位阴离子满p轨道共同主导,导致带隙值变化趋势异常.我们预测该价带顶轨道的反转可有效降低空穴有效质量,促进载流子的迁移,有助于器件性能的提升.     

单层Nb2SiTe4基化合物的带隙异常变化

传统硫族化合物中阳离子相同时,随着阴离子原子序数的增加,价带顶逐渐升高,带隙呈减小趋势.在A₂BX₄基(A=V,Nb,Ta;B=Si,Ge,Sn;X=S,Se,Te)化合物中,观察到随着阴离子原子序数增加,其带隙呈现反常增大的现象.为了探究其带隙异常变化的原因,基于第一性原理计算,对A₂BX₄基化合物的电子结构展开系统地研究,包括能带结构、带边相对位置、轨道间耦合作用以及能带宽度等影响.研究发现,Nb2SiX4基化合物中Nb原子4d轨道能量明显高于阴离子p轨道,其价带顶和导带底主要由Nb原子4d轨道相互作用组成,其带宽主要影响带隙大小.Nb₂SiX₄基化合物的带隙大小通过Nb—Nb和Nb—X键共同作用于Nb原子4d轨道的宽度来控制.当阴离子序数增加时,Nb—Nb键长增加,其相互作用减弱,由Nb原子4d轨道主导的能带变宽,带隙减小;另一方面,Nb—X键长增加又使Nb原子4d带宽变窄,带隙增加,并且Nb—X键长增长占主导,所以带隙最终呈现异常增加的趋势.     

FeS2(pyrite)电子结构与光学性质的密度泛函计算

采用局域密度近似的自洽密度泛函理论计算了FeS2的电子结构与光学性质。费米能级附近区域的能带与态密度计算表明价带极大值在X（100）点和导带极小值在G（000）点，直接带隙和音接带隙分别为0.74eV、0.6eV。并用电子结构信息精确计算了介质极化矩阵元，从而给出了FeS2的介电函数虚部及相关光学参量，理论结果与实验符合甚佳。     

β-SiC(001)-(2×1)表面结构的第一性原理研究

利用缀加平面波加局域轨道(APW+LO)的第一性原理方法计算了β-SiC(001)-(2×1)表面的原子及电子结构. 原子结构的计算结果表明，与Si(001)-(2×1) 表面的非对称性Si二聚体模型不同，β-SiC(001)-(2×1)表面为对称性的Si二聚体模型，其二聚体的Si原子间键长也较大，为0.269nm. 电子结构的计算结果表明，在费米能级处有明显的态密度，因此β-SiC(001)-(2×1)表面呈金属性. 在带隙附近存在四个表面态带,其中的两个占有表面态带已由价带的同步辐射光电子能谱实验得到证实. 关键词： 碳化硅 缀加平面波加局域轨道方法 原子结构 电子结构     

Rb2TeW3O12电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用平面波超软赝势法对Rb2TeW3O12基态的几何结构、能带结构和光学特性等进行了系统的研究.几何结构研究不仅对基态平衡时的几何参量进行了优化计算,还对内部坐标做了优化,其结果和实验测量值符合得很好.电子结构的研究表明,Rb2TeW3O12属于宽禁带直接带隙半导体,禁带宽度为2.23eV,W 5d和O 2p轨道之间强烈杂化形成W-O共价键.计算了光学性质,给出了Rb2TeW3O12的介电函数实部ε1、虚部ε2及相关光学参量,理论计算的静态介电常数为5.29.     

高压下LiF和NaF的结构稳定性及其电子和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论，采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法，计算模拟了LiF高压下的相变行为，预测其在450GPa附近发生由NaCl结构(B1)到CsCl结构(B2)的结构相变.同时还计算了高压下LiF不同相的电学特性，LiF的复介电函数以及介电常数随压强变化关系.通过比较能带结构的变化行为，得出LiF在53GPa附近还存在等结构相变，即由直接带隙结构变为间接带隙结构.将LiF的计算结果与另外一个同构化合物NaF进行了比较讨论. 关键词： LiF 压致相变 从头计算     

2H-PbI2晶体的电子结构和力学性质

采用基于密度泛函平面波赝势方法(PWP)方法,计算了六角晶系2H-PbI2晶体的电子结构、力学性质和硬度。采用局域密度近似(LDA)方法计算的晶格常数、带隙、弹性常数与实验值和理论值符合较好。计算表明,2H-PbI2是一种直接带隙的半导体,带隙大约为2。38eV。运用复杂晶体硬度计算公式计算了六角晶系2H-PbI2晶体的硬度,硬度值大约为2. 54 GPa。还发现2H-PbI2晶体的各向异性非常明显。     

二维声表面波压电声子晶体在射频段的时域有限差分法

对二维声表面波压电声子晶体在射频段的带隙特性,进行了时域有限差分法(FDTD)理论推导和计算,并提出实验方法对比验证。FDTD计算模型考虑了压电效应,引入周期边界条件以节省计算空间和时间,采用完全匹配层以解决声表面波在截断边界处的虚拟反射问题。实验上分别设计有/无二维压电声子晶体的两种宽频带延迟线结构,测量两种延迟线的传输系数取差值,得到了二维压电声子晶体的带隙;其中通过时域加窗函数保留一次传输信号,进行干扰信号的去除。以铝/128°YX-LiNbO3二维压电声子晶体为例,该FDTD方法、商业有限元软件COMSOL、实验方法均得到了100500 MHz射频段内的多个带隙,三种带隙对比证明了FDTD计算带隙与实验测量带隙一致,比COMSOL计算的计算带隙精度更高。      

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。     

Electronic properties of chalcopyrite CuAlX2(X=S,Se,Te) compounds

We present results of the band structure and density of states for the chalcopyrite compounds CuAlX₂ (X=S,Se,Te) using the state-of-the-art full potential linear augmented plane wave (FP-LAPW) method. Our calculations show that these compounds are direct band gap semiconductors. The energy gap decreases when S is replaced by Se and Se replaced by Te in agreement with the experimental data. The values of our calculated energy gaps are closer to the experimental data than the previous calculations. The electronic structure of the upper valence band is dominated by the Cu-d and X-p interactions. The existence of Cu-d states in the upper valence band has significant effect on the optical band gap.     

Tuning electronic properties of the S_2/graphene heterojunction by strains from density functional theory

Based on the density functional calculations, the structural and electronic properties of the WS_2/graphene heterojunction under different strains are investigated. The calculated results show that unlike the free mono-layer WS_2, the monolayer WS_2 in the equilibrium WS_2/graphene heterojunctionis characterized by indirect band gap due to the weak van der Waals interaction. The height of the schottky barrier for the WS_2/graphene heterojunction is 0.13 eV, which is lower than the conventional metal/MoS_2 contact. Moreover, the band properties and height of schottky barrier for WS_2/graphene heterojunction can be tuned by strain. It is found that the height of the schottky barrier can be tuned to be near zero under an in-plane compressive strain, and the band gap of the WS_2 in the heterojunction is turned into a direct band gap from the indirect band gap with the increasing schottky barrier height under an in-plane tensile strain. Our calculation results may provide a potential guidance for designing and fabricating the WS_(2~-)based field effect transistors.     

宽带隙半导体CdAl2S4电子结构、弹性和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对宽带隙半导体CdAl2S4的晶格结构、电学、弹性和光学性能进行了系统的研究. 研究结果表明：CdAl2S4为直接带隙的宽带隙半导体材料;是弹性稳定的具有各向异性的延展性材料;该晶体的光学性质在中能区(3.5 ~12.5 eV)具有较强的各向异性,其强反射峰处于紫外能量区域,因此其可用作紫外光探测或屏蔽材料.     

宽带隙半导体CdAl_2S_4电子结构、弹性和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对宽带隙半导体Cd Al_2S_4的晶格结构、电学、弹性和光学性能进行了系统的研究.研究结果表明:Cd Al2S4为直接带隙的宽带隙半导体材料;是弹性稳定的具有各向异性的延展性材料;该晶体的光学性质在中能区(3.5~12.5 e V)具有较强的各向异性,其强反射峰处于紫外能量区域,因此其可用作紫外光探测或屏蔽材料.     

Al，Ga掺杂ZnO电子结构和光电特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似(GGA)的PBE平面波超软赝势方法，计算了本征ZnO，Al掺杂ZnO(ZnAlO)和Ga掺杂ZnO(ZnGaO)的能带结构、态密度、复介电函数和复电导率. 其中Al或Ga是以替位杂质的形式进入ZnO晶格. 计算结果表明纤锌矿型ZnO，ZnAlO和ZnGaO都是直接带隙半导体材料，掺杂后ZnO的带隙变小，且ZnAlO的带隙略大于ZnGaO. 掺杂后ZnO的电子结构发生变化，费米能级由本征态时位于价带顶上移进入导带，ZnO表现为n型掺杂半导体材料，掺杂后在导带底出现大量由掺杂原子贡献的自由载流子—电子，明显提高了电导率和介电函数，改善了ZnO的导电性能，并且ZnAlO的导电性能要略好于ZnGaO.     

Al，Ga掺杂ZnO电子结构和光电特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似(GGA)的PBE平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO,Al掺杂ZnO(ZnAlO)和Ga掺杂ZnO(ZnGaO)的能带结构、态密度、复介电函数和复电导率. 其中Al或Ga是以替位杂质的形式进入ZnO晶格. 计算结果表明纤锌矿型ZnO,ZnAlO和ZnGaO都是直接带隙半导体材料,掺杂后ZnO的带隙变小,且ZnAlO的带隙略大于ZnGaO. 掺杂后ZnO的电子结构发生变化,费米能级由本征态时位于价带顶上移进入导带,ZnO表现为n型掺杂半导体材料,掺杂后在导带底出现大量由掺杂原子贡献的自由载流子—电子,明显提高了电导率和介电函数,改善了ZnO的导电性能,并且ZnAlO的导电性能要略好于ZnGaO.     

Electron-phonon renormalization of the direct band gap of diamond

We calculate from first principles the temperature-dependent renormalization of the direct band gap of diamond arising from electron-phonon interactions. The calculated temperature dependence is in good agreement with spectroscopic ellipsometry measurements, and the zero-point renormalization of the band gap is found to be as large as 0.6 eV. We also calculate the temperature-dependent broadening of the direct absorption edge and find good agreement with experiment. Our work calls for a critical revision of the band structures of other carbon-based materials calculated by neglecting electron-phonon interactions.     

铁电体SrBi2Nb2O2电子能带结构的第一性原理研究

采用第一性原理的方法计算了SrBi₂Nb_2O.9（SBN）的顺电相、铁电相的电子结构.顺电相是间接带隙, 铁电相是直接带隙，它们的大小分别为1.57和2.23 eV.顺电相和铁电相的价带顶均主要来自于O₂p态的贡献.而顺电相和铁电相的导带底则分别来自Nb₄d态和Bi₆p态的贡献.计算表明SBN铁电相的低的漏电流与Bi 6p轨道有关.由顺电相到铁电相时，Nb₄d和O_{2 关键词： 顺电相 铁电相 态密度 电子能带结构}     

Structural stabilities, electronic, elastic and optical properties of SrTe under pressure: A first-principles study

The structural, electronic, elastic and optical properties as well as phase transition under pressure of SrTe have been systematically investigated by first-principles pesudopotential calculations. Five possible phases of SrTe have been considered. Our results show that SrTe undergoes a phase transition from NaCl-type (B1) to CsCl-type (B2) structure at 10.9 GPa with a volume collapse of 9.43%, and no further transition is found. We find that SrTe prefer h-MgO instead of wurtzite (B4) structure for its metastable phase because that the ionic compound prefers a high coordination. The elastic moduli, energy band structures, real and imaginary parts of the dielectric functions have been calculated for all considered phases, and we find that a smaller energy gap yields a larger high-frequency dielectric constant. Our calculated results are discussed and compared with the available experimental and theoretical data.