氢、氟原子边缘修饰β-GeSe纳米带的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法研究了二维β相GeSe的电子结构,通过对二维单层β-GeSe剪切得到一维β-GeSe扶手椅型纳米带.研究不同带宽(N=1-5)β-GeSe扶手椅型纳米带的几何结构和电子性质,发现不同带宽纳米带能带带隙不同,带隙总体上随着带宽减小,而纳米带直接带隙半导体性质不受带宽影响.通过使用H、F原子对GeSe扶手椅型纳米带边缘修饰,H原子修饰纳米带导致能带类型从直接带隙向间接带隙的转变.在费米能级附近处F原子各轨道对价带和导带贡献比H原子各轨道贡献多,在边缘修饰中纳米带对F原子更加敏感.未修饰和使用H原子修饰纳米带在可见光范围内没有吸收峰,用F原子修饰纳米带在可见光范围内出现吸收峰.研究表明可以通过边缘修饰调控纳米带光学特性.     

H,F修饰单层GeTe的电子结构与光催化性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了单层GeTe、表面氢化及氟化单层GeTe的晶体结构、稳定性、电子结构和光学性质.计算结果表明,经过修饰后, GeTe的晶格常数、键角、键长增大,且均具有较好的稳定性.电子结构分析表明,单层GeTe为间接带隙半导体,全氢化修饰、全氟化修饰以及氢氟共修饰(F, Ge同侧;H, Te同侧)则转变为直接带隙半导体,且修饰后的能隙均不同程度减小.载流子有效质量表明,全氢化、全氟化以及氢氟共修饰GeTe (F, Ge同侧;H, Te同侧)的有效质量减小,其载流子迁移率增强.带边势分析结果显示,单层GeTe能够光裂解水制氢和析氧,而修饰后的GeTe的价带带边势明显下移,其氧化性明显增强,能够光裂解水析O2, H2O2, O3以及OH·等产物.光学性质表明,修饰后的GeTe对可见光区和红、紫外区的光谱吸收效果明显增强,表明其在光催化领域有着广阔的应用前景.     

La,Ce,Nd掺杂对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究稀土掺杂对单层MoS2电子结构的影响,文章基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法分别计算了本征及La,Ce,Nd掺杂单层MoS2的晶格参数、能带结构、态密度和差分电荷密度.计算发现,稀土掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径大小有关,La杂质附近的键长变化最大,Nd杂质附近的键长变化最小.能带结构分析表明,La掺杂可以在MoS2的禁带中引入3个能级,Ce掺杂可以形成6个新能级,Nd掺杂可以形成4个能级,并对杂质能级属性进行了初步分析.差分电荷密度分布显示,稀土掺杂可以使单层MoS2中的电子分布发生改变,尤其是f电子的存在会使差分电荷密度呈现出反差极大的物理图象.     

表面悬挂键导致硅纳米线掺杂失效机理的第一性原理研究

利用第一性原理方法, 本文计算了B/N单掺杂SiNWs, 以及含有表面悬挂键的B/N单掺杂硅纳米线的总能和电子结构, 计算结果表明, 悬挂键的出现会导致单原子掺杂失效. 能带结构分析表明, B/N掺杂的H钝化的SiNWs表现出正常的p/n特性, 而表面悬挂键(dangling binding, DB)的存在会导致p型(B原子)或者n型(N原子)掺杂失效; 其失效的原因主要是因为表面悬挂键所引入的缺陷能级俘获了n型杂质(p型杂质)所带来的电子(空穴); 利用小分子(SO₂)吸附饱和悬挂键可以起到激活杂质的作用, 进而实现Si纳米线的有效掺杂.     

自由基分子BeH外电场特性

本文采用量子力学从头算方法,运用密度泛函B3LYP方法在6-311G基组水平上对不同外加电场(-0.02—0.02 a.u.)下自由基分子BeH基态的稳定电子结构进行了计算,研究了外电场对BeH分子键长、能量、电荷分布、能级分布、能隙及红外光谱的影响规律.结果表明,随着H→Be方向外电场的增加,分子键长、原子电荷值、偶极矩以及红外强度递减;而能量、能隙和振动频率递增.另外,随着反向电场(Be→H)的增加,能量较大幅度升高.     

电子被等电子分子的散射总截面的研究

讨论等电子分子的分子 (电子数Ne=10 :HF ,H2 O ,NH3,CH4 ;Ne=14:N2 ,CO ,HCN ,C2 H2 ;Ne=18:HCl,CH3F ,H2 S ,SiH4 ,C2 H6)被电子散射的总截面与其键长、键角之间的关系 ,得到了利用键长、键角计算电子被分子散射总截面经验公式 ,并与已有的拟和公式、经验公式的计算结果进行了比较     

边缘修饰的石墨烯纳米带电子特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算方法,研究了zigzag型石墨烯纳米带在边缘采用不同基团（包括氢原子、羟基、酮基、氢和羟基共同饱和）进行修饰后电子特性的改变,计算了能带结构、态密度和电荷差分密度。结果分析表明,不同基团修饰的影响本质上可归结于不同的边缘杂化方式。边缘sp2杂化方式对GNRs体系内层原子的电子状态影响很小,没有改变zigzag-GNRs的金属性;而边缘sp3杂化的体系在能带结构中打开了一个带隙,此带隙随纳米带宽度的增加而逐渐减小。其中GNRs-H2 体系和GNRs-H2O体系发生了由金属性向半导体性的转变,而GNRs-O体系费米能级升高并且进入了导带,依然呈现金属性。利用这种边缘修饰非常易于调控GNRs的电子能带结构。     

边缘修饰的石墨烯纳米带电子特性的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算方法,研究了zigzag型石墨烯纳米带在边缘采用不同基团（包括氢原子、羟基、酮基、氢和羟基共同饱和）进行修饰后电子特性的改变,计算了能带结构、态密度和电荷差分密度。结果分析表明,不同基团修饰的影响本质上可归结于不同的边缘杂化方式。边缘sp2杂化方式对GNRs体系内层原子的电子状态影响很小,没有改变zigzag-GNRs的金属性;而边缘sp3杂化的体系在能带结构中打开了一个带隙,此带隙随纳米带宽度的增加而逐渐减小。其中GNRs-H2 体系和GNRs-H2O体系发生了由金属性向半导体性的转变,而GNRs-O体系费米能级升高并且进入了导带,依然呈现金属性。利用这种边缘修饰非常易于调控GNRs的电子能带结构。     

BiFeO3晶体价键电子结构与铁电性质的关系

通过价键电子理论工具,计算得到了钙钛矿型单相多铁材料BiFcO₃"赝立方"顺电相和斜方铁电相价键电子结构,分析了价键电子结构变化时其铁电性的影响.计算结果表明,从顺电相到铁电相,BiFeO₃晶胞中各类化学键的键长和价键电子数变化各异,其中Bi-O键键长变短,价键电子数增多,共价性显著增强,对铁电相的稳定起到至关重要的作用;Fe-O键长呈现变大和变小两种结果,价键电子数都减小,共价性减弱.计算结果与第一性原理计算进行了比较.     

Ti掺杂W_(18)O_(49)纳米线的电子结构与NO_2敏感性能的第一性原理研究

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,通过理论建模,研究了Ti掺杂的非化学计量比W18O49纳米线的几何与能带结构以及电子态密度,并通过进一步计算NO2/Ti-W18O49纳米线吸附体系的吸附能、电荷差分密度与电荷布居,分析了Ti掺杂W18O49纳米线的气体吸附与敏感性能.计算发现,Ti掺杂改变了W18O49纳米线的表面电子结构,引入的额外的杂质态密度和费米能级附近能带结构的显著变化,使掺杂纳米线带隙与费米能级位置改变,纳米线导电性能增强.吸附在W18O49纳米线表面的NO2作为电子受体从纳米线导带夺取电子,导致纳米线电导降低,产生气体敏感响应.与纯相W18O49纳米线相比,NO2/Ti-W18O49纳米线吸附体系内部存在更多的电子转移,从理论上定量地反映了Ti掺杂对改善W18O49纳米线气敏灵敏度的有效性.对Ti掺杂纳米线不同气体吸附体系电子布居的进一步计算表明,Ti掺杂纳米线对NO2气体具有良好的灵敏度和选择性.     

表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化

利用第一性原理计算方法研究了表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化．计算结果显示,不论是闪锌矿结构还是纤锌矿结构,GaAs纳米线表面Ga原子上带正电荷的表面悬挂键都是一类稳定的缺陷,并且这种稳定性不会随着纳米线直径的变化而变化．这种表面悬挂键会形成载流子陷阱中心从而从p型掺杂的GaAs纳米线俘获空穴,使得纳米线的掺杂效率下降．和NH₃相比,NO₂ 具有足够的电负性来俘获GaAs纳米线表面悬挂键上的未配对电子,从而有效地钝化GaAs纳米线的表面悬挂键,提高纳米线的p型掺杂效率,并且这种钝化特性不会随着纳米线直径的变化而改变．     

表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质影响的第一性原理研究

纳米线表面存在大量的表面态,它们能够引起电子分布在纳米线表面,使得纳米线的电学性质对表面条件变得更加敏感,严重地制约器件的性能.表面钝化能够有效地移除纳米线的表面态,进而能够有效地优化器件的性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质的影响.考虑了不同的钝化材料,包括氢元素、氟元素、氯元素和溴元素.研究结果表明:具有小尺寸的GaAs裸纳米线的能带结构呈间接带隙特征,表面经过完全钝化后,转变为直接带隙特征;GaAs纳米线表面经过氢元素不同位置和不同比例钝化后,展示出不同的电学性质;表面钝化的物理机理是钝化原子与纳米线表面原子通过电荷补偿移除纳米线表面的电子态;与氢元素钝化相比,GaAs纳米线表面经过氟元素、氯元素和溴元素钝化后,带隙宽度较小,原因是氟元素、氯元素和溴元素在钝化过程中具有较小的电荷补偿能力,不能完全移除表面态.     

Fabrication and observation of nanowire-assemblages of Si-Ge

A few of the interesting structures made by the assemblage of Si-Ge nanowires fabricated by the floating-zone melting-vapor method have been observed. They reveal shapes that are similar to coral, jellyfish and sea anemones. The pre-sintered substrate bar has some large crystalline particles (1–15 μm), which produce sites that are energetically predisposed to nucleation. The peculiar structures created by the assemblage of Si-Ge nanowires form on favored nucleation sites that consist of numerous bundles of nanowires with diameters of 20–50 nm. The periodic variation in the diameter of the bundles of nanowires is a common feature of these structures. In addition, a growth mechanism assisted by the coexistence of Ge and Si-Ge oxides is suggested. The growth process of these assemblages opens up new possibilities for the study of the growth mechanism of Si-Ge nanowires. Received: 25 July 2002 / Accepted: 9 September 2002 / Published online: 17 December 2002 RID="*" ID="*"Corresponding author. Fax: 81-298/59-2736, E-mail: HU.Quanli@nims.go.jp     

Pt-Ag合金纳米线热力学性质的分子动力学模拟研究

基于原子嵌入势(EAM),采用分子动力学方法,对临界尺寸下的Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线多边形结构的熔化行为进行了计算模拟.结果表明:径向尺寸对Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线的熔点影响较为显著,而长度对其影响较小;引入林德曼因子得到的熔点和用势能-温度变化曲线找到的熔点基本一致;合金纳米线的染色原子由外向内运动;综合分析发现Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线以先外后内的模式进行熔化.     

Pt-Ag合金纳米线热力学性质的分子动力学模拟研究

基于EAM原子嵌入势,采用分子动力学方法,对临界尺寸下的Pt0.95Ag0.05合金纳米线多边形结构的熔化行为进行了计算模拟.结果表明:径向尺寸对Pt0.95Ag0.05合金纳米线的熔点影响较为显著,而长度对其影响较小;引入林德曼因子得到的熔点和用势能-温度变化曲线找到的熔点基本一致;合金纳米线的染色原子由外向内运动;综合分析发现Pt0.95Ag0.05合金纳米线以先外后内的模式进行熔化.     

Effects of surface roughness on the electrical characteristics of ZnO nanowire field effect transistors

We have systematically investigated the effects of surface roughness on the electrical characteristics of ZnO nanowire field effect transistors (FETs) before and after passivation by poly (methyl metahacrylate) (PMMA), a polymer-insulating layer. To control the surface morphology of ZnO nanowires, ZnO nanowires were grown by the vapor transport method on two different substrates, namely, an Au-catalyzed sapphire and an Au-catalyzed ZnO film/sapphire. ZnO nanowires grown on the Au-catalyzed sapphire substrate had smooth surfaces, whereas those grown on the Au-catalyzed ZnO film had rough surfaces. Electrical characteristics such as the threshold voltage shift and transconductance before and after passivation were strongly affected by the surface morphology of ZnO nanowires.     

多种含硫溶液钝化(100)GaAs表面的实验研究

为实现GaAs表面的钝化,以Na2S、(NH4)2S、CH3CSNH2为主要研究对象,通过对比实验研究得出较为理想的湿法钝化液。通过光致发光(PL)谱研究了(NH4)2S 叔丁醇、CH3CSNH2 NH4OH、CH3CSNH2 叔丁醇三种不同含硫溶液钝化(100)GaAs表面后的发光特性。PL谱测试发现,(NH4)2S 叔丁醇饱和溶液处理过的(100)GaAs表面光致发光强度最强,PL谱的相对发光强度是未做钝化处理的10倍左右。因此得出(NH4)2S 叔丁醇饱和溶液是较为理想的(100)GaAs表面钝化液。     

CH_4/H_2O/CO_2在β-SiO_2(100)面吸附的第一性原理研究

多孔介质中的吸附直接影响页岩气赋存、运移.基于密度泛函理论从量子力学角度研究CH_4/H_2O/CO_2在页岩储层主体矿物成分SiO_2上的吸附构型和吸附特性,计算并分析了吸附能与态密度等特征.研究表明:CH_4、H_2O和CO_2在β-SiO_2(100)面的吸附能分布在-0.2 eV～-0.1eV区间内,为物理吸附;最小吸附能大小依次为:CH_4 H_2O CO_2,即,CO_2的吸附能力最强,H_2O次之,CH_4最弱;各吸附质处于吸附能最大与最小时的键长键角变化均小于1%,最大吸附能对应的吸附质键长键角变化率均大于吸附能最小时的,吸附质的物理结构变化微弱表明其所受作用力微弱;基底处于最稳定吸附位时态密度基本重合,表明各吸附质与β-SiO_2表面相互作用相似且差异较小;CH_4、H_2O、CO_2的态密度均出现不同程度偏移,且CO_2在能量更低的区域具有态密度分布,更易优先吸附.     

金属Ni纳米线凝固行为的分子动力学模拟

采用EAM镶嵌原子作用势，通过经典的分子动力学模拟方法研究了不同冷却速度下的金属Ni纳米线的凝固行为，并给出了纳米线在凝固区域的结构演变过程.利用键对分析技术研究了在不同冷却速度下体系中的原子团簇在降温过程中的变化情况.研究表明，纳米线的凝固起始于表面原子，并且随着冷却速度的降低，Ni纳米线的微观结构从非晶态过渡到多壳螺旋结构，最终达到稳定的面心立方结构.多壳螺旋结构同时具有确定的结晶温度和长程无序、短程有序的非晶结构的特征. 关键词： 纳米线 凝固行为 分子动力学 键对分析     

Effects of hydroxyl groups and hydrogen passivation on the structure,electrical and optical properties of silicon carbide nanowires

The effects of hydrogen and hydroxyl passivation on the structure, electrical and optical properties of SiCNWs were investigated. The passivation performance of different atoms (groups) were discussed by analyzing the distribution of electronic states and the polarity of chemical bonds. The results show that passivation can improve the stability of SiCNWs structure, and the effect of hydroxyl is better than hydrogen passivation. And hydrogen and hydroxyl passivation both increase the band gap of SiCNWs, and the changing trend of band gap is relevant to the polarity of the covalent bond formed by the passivation of surface atoms. Moreover, passivation enhances the stability of the optical properties of SiCNWs, resulting in narrowing of light absorption, photoconductivity and other spectra, and the response peak shifts to the deep ultraviolet region, which means that hydrogen or hydroxyl passivation of SiCNWs is likely to be a candidate material for deep ultraviolet micro-nano optoelectronic devices.