锰掺杂二硅化铬电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法计算了锰掺杂二硅化铬(CrSi2)体系的能带结构、态密度和光学性件质.计算结果表明末掺杂CrSi2属于间接带隙半导体间接带隙宽度△ER=0.35 eV;Mn掺杂后费米能级进入导带,带隙变窄,且间接带隙宽度△Eg=0.24 eV,CrSi2转变为n型半导体.光学参数发生改变,静态介电常数由掺杂前的ε1(O)=32变为掺杂后的ε1(O)=58;进一步分析了掺杂对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质的影响,为CrSi2材料掺杂改件的研究提供r理论依据.     

锯齿型碳纳米管的结构衍生及电子特性

利用密度泛函理论研究锯齿型单、双壁碳纳米管从核到管状团簇直至纳米管的逐层结构衍生.研究结果表明五边形结构在管状团簇生长中发挥关键作用.此外,基于管状团簇的研究,运用周期性边界条件得到锯齿型单、双壁碳纳米管,并通过计算能带和态密度研究其电子特性.对单壁(n,0)和双壁(n,0)@(2n,0)碳纳米管,当n=3q(q为整数)时,具有金属或窄带隙半导体特性;n?=3q时,具有较宽带隙半导体特性,且带隙随管径的增加而减小.然而,小管径碳纳米管受曲率效应的明显影响,n?=3q的(4,0),(4,0)@(8,0)和(5,0)@(10,0)均呈现金属性;n=3q的(6,0)@(12,0)则表现出明显的半导体特性.     

超长(n,n)型碳纳米管的密度泛函理论研究

用密度泛函B3LYP/3-21G(d)方法,并利用周期边界条件,研究了n=2—20不同管径的超长(n, n)型单壁碳纳米管的结构、能量、能带结构和能隙.结果表明,管径和能量(或生成焓)都随n有很好的变化规律,并可拟合成很好的解析函数.当n为2和3时,碳纳米管的能隙分别为1.836eV和0.228eV,呈半导体特征,且具有间接带隙;当n=4—20时,能隙介于0.027 eV和0.079 eV之间,呈较强的金属性,且具有直接带 关键词： 扶手椅型碳纳米管 周期边界条件(PBC) 超长模型 能带     

双轴应变条件下单层MoSe2电子结构和拉曼光谱的第一性原理计算

二硒化钼的层间相互作用强,单层结构具有更低的带隙和更好的稳定性.由于独特的光学性质和优异的电学性能受到研究人员的广泛关注.本文基于密度泛函理论的第一原理,计算和分析了在双轴拉伸压缩应变条件下单层MoSe₂能带结构,拉曼光谱和声子谱的变化规律以及性质产生的原因.在拉伸压缩应变作用下,直接带隙转变为间接带隙.当拉伸应变达到12%时,材料发生半导体-金属相变.当压缩应变达到6%时,声子谱中开始出现虚频率,表明结构开始变得不稳定.     

双壁硅纳米管电子结构与光学性质的研究

本文中使用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,构建了手性指数(n,m)为(6,6),(10,10)硅纳米管管以及二者嵌套的双壁管结构并计算其能带结构、电子态密度以及光学反射谱与吸收谱。计算结果表明(6,6),(10,10)管表现出明显的半导体性,是直接带隙半导体。而双壁管相比于单臂本征硅纳米管其导带底与价带顶接触几乎发生交叠,表现出了轻微的金属性,其管内电子非局域性增强,导电能力提高。手性系数为(6,6)的硅纳米管对红外光、可见光以及紫外光都具有吸收能力。(10,10)管对于紫外光的吸收能力更加优秀但是对红外光的吸收能力减弱。(6,6)&(10,10)双壁管无论是吸收谱还是反射谱都最窄并出现了单峰。故可推测双壁管可作为检测一类特定范围波长的探测器的材料。     

太赫兹波段三角晶格二维光子晶体的传输特性

用平面波展开法研究了太赫兹(THz)波在二维三角晶格光子晶体中的传输特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明在介质圆柱半径r=0.47a(a为空气介质柱的晶格常数)出现最大完全光子带隙,带隙宽度为0.070 1 THz;当r=0.49a和r=0.45a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.102 2,0.192 3 THz。光子晶体能态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围。研究结果为THz器件的开发提供了理论依据。     

强激光照射对2H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一原理赝势法, 计算了纤锌矿结构2H-SiC晶体在强激光照射下的电子特性, 分析了其能带结构和电子态分布. 计算结果表明: 2H-SiC平衡晶格参数a 和c随电子温度T_e的升高逐渐增大; 电子温度在0–2.25 eV范围内时, 2H-SiC仍然是间接带隙的半导体晶体, 当T_e超过2.25 eV达到2.5 eV以上时, 2H-SiC变为直接带隙的半导体晶体; 随着电子温度升高, 导带底和价带顶向高能量或低能量方向发生了移动, 当电子温度T_e大于3.5 eV以后, 价带顶穿越费米能级; 电子温度T_e在0–2.0 eV变化时, 带隙随电子温度升高而增大; T_e在2.0–3.5 eV范围变化时, 带隙随电子温度升高而快速地减少, 表明2H-SiC晶体的金属性随电子温度T_e的继续升高而增强. 在T_e =0, 5.0 eV 处, 计算了2H-SiC晶体总的电子态密度和分波态密度. 电子结构表明T_e =0 eV 时, 2H-SiC 是一个带隙为2.3 eV的半导体; 在T_e =5.0 eV时, 带隙已经消失而呈现出金属特性, 表明当电子温度升高时晶体的共价键变弱、金属键增强, 晶体经历了一个熔化过程, 过渡到金属状态.     

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%.     

In_nAs_n(n=1～20)小团簇几何结构与电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,采用B3LYP下的赝势基组LanL2DZ,研究了In_nAs_n（n=1～20）团簇的基态几何结构、相对稳定性、电子性质及其振动光谱.结果表明,当n=5～11时团簇的基态构型为层状结构;当n=12～20时团簇的基态构型为笼状结构.团簇平均结合能、二阶能量差分和HOMO-LUMO能隙均在n=9,12,18出现极大值,说明In₉ As₉、In₁₂ As₁₂和In₁₈ As₉18)为幻数团簇.另外,HOMO-LUMO能隙的计算结果表明In_nAs_n（n=1～20）团簇具有宽带隙半导体特征.     

Cd、Sr掺杂Mg2Ge电子结构和光学性质的第一性原理研究

此文用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,分别研究了本征、掺Cd、掺Sr的Mg₂Ge的能带结构、电子态密度和光学性质.研究结果表明,本征Mg₂Ge是一种间接带隙半导体,带隙值为0.228eV.Sr的掺入使其变成带隙为0.591 eV的直接带隙半导体,Cd掺杂Mg₂Ge后表现出半金属性质.掺杂后的主要吸收峰减小,吸收谱范围增加.在可见光能量范围内,掺杂的Mg₂Ge有更低的反射率,对可见光的利用率增强.此外,掺杂还提高了高能区的光电导率.     

Energy band and band-gap properties of deformed single-walled silicon nanotubes

The fantastic physical properties of single-walled silicon nanotubes (SWSiNTs) under mechanical strain make them promising materials for fabricating nanoscale electronic devices or transducers. Here we investigate the energy band and band-gap properties of the SWSiNTs calculated from the tight-binding model approximation. The results show that the band-gap properties are very sensitive to the deformation degree and the helicity of the SWSiNTs. The results can be employed to guide the design of nanoelectronic devices based on silicon nanotubes.     

AlB+n(n=2~10) 团簇结构和红外振动光谱研究

用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311G(d)水平上对AlB+n（n=2~10）团簇几何结构、稳定性、电子结构和成键特性进行了系统理论研究,得到了AlB+n（n=2~10）团簇的最稳定结构.结果表明,硼原子间容易聚集,铝原子处于整个硼原子集团的外围.与相应中性AlBn团簇相比,Al-B键作用变弱,使正价团簇（n=6和10除外）结构变化较大|对AlB+n（n=2~10）和相应中性团簇能隙的计算分析表明,AlB+n 团簇的稳定性有所增强,其中AlB+3、AlB+5和AlB+8团簇尤为显著|通过对最稳定构型红外振动光谱的研究分析表明,硼原子间对称或非对称振动、铝原子不动的振动模式更容易出现较强谱峰,即硼原子间更容易成键.     

Energy band and band-gap properties of deformed single-walled silicon nanotubes

The fantastic physical properties of single-walled silicon nanotubes (SWSiNTs) under mechanical strain make them promising materials for fabricating nanoscale electronic devices or transducers. Here we investigate the energy band and band-gap properties of the SWSiNTs calculated from the tight-binding model approximation. The results show that the band-gap properties are very sensitive to the deformation degree and the helicity of the SWSiNTs. The results can be employed to guide the design of nanoelectronic devices based on silicon nanotubes.     

CuSin 与CuSi-n（n=4~10）团簇电子结构和光学性质的理论研究

基于密度泛函的B3LYP/6-311+G (d)方法研究基态结构CuSin(n=4~10)和 CuSin阴离子团簇的电子结构和紫外吸收谱。计算结果表明：(1)中性CuSin 团簇的带隙要比阴离子团簇的带隙要小,说明阴离子团簇比中性的要稳定;(2)阴离子CuSi5团簇要比相邻的其他团簇稳定;(3)紫外吸收谱可看出中性 CuSin团簇属弱吸收而阴离子则表现出很强的吸收。对阴离子来说,随着硅原子的增加有红移现象发生。     

Ge基二维正方晶格光子晶体带隙优化设计

采用平面波展开法模拟二维光子晶体在E极化和H极化下的能带结构,研究Ge基二维正方晶格光子晶体的填充比以及晶格排列结构对最大禁带宽度的影响。结果表明：在空气背景材料中填充Ge柱的介质柱结构中,可产生TE、TM带隙,且各方向完全带隙出现在r/a=0.19~0.47范围内,最大完全帯隙禁带宽度可以达到0.064（归一化频率）;在选取Ge为背景材料的空气孔型结构中,同样可产生TE、TM带隙,且各方向完全带隙出现在r/a=0.46~0.49范围内,最大完全帯隙禁带宽度可以达到0.051（归一化频率）。同时,不论在介质柱型还是空气孔型结构中,带隙宽度都随着r/a的增大呈先增大后减小的趋势。     

P掺杂单壁硅纳米管Mg原子吸附性能的第一性原理研究

采用密度泛函理论的广义梯度近似和平面波赝势方法,研究P掺杂单壁硅纳米管对Mg原子的吸附性能.计算本征、掺杂P、施加形变作用（压缩和拉伸）的（6,6）硅纳米管外壁对Mg原子的吸附能,分析掺杂P前后的成键情况及电荷布局数.结果表明,掺杂P使体系形成Mg-P和Si-P间的离子性键,增强了Si-Si间的离子性键,P掺杂硅纳米管超晶格中离子键与共价键共存;掺杂P后显著提高了硅纳米管外壁对Mg原子的吸附能力;硅纳米管外壁对Mg原子的吸附能在0.25%,0.50%,1.00%,1.25%的压缩量和1.00%,1.25%的拉伸量时增大,可显著增强硅纳米管材料作为增强相时与基体界面间结合的粘附性.     

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.     

MOVPE 生长GaN薄膜的 光致黄带发光与激发光源的相关性

用四种不同光源作为激发光源,研究了蓝宝石衬底金属有机物汽相外延方法生长的氮化镓薄膜的光致发光特性。结果发现用连续光作为激发光源时,光致发光谱中除出现365 nm的带边发射峰外,同时观察到中心波长位于约550 nm 的较宽黄带发光;而用脉冲光作为激发光源时其发光光谱主要是365 nm附近的带边发光峰,未观察到黄带发光。氮化镓薄膜的光致发光特性依赖于所用的激发光源性质。     

Universal order statistics of random walks

We study analytically the order statistics of a time series generated by the positions of a symmetric random walk of n steps with step lengths of finite variance σ(2). We show that the statistics of the gap d(k,n) = M(k,n)-M(k+1,n) between the kth and the (k+1)th maximum of the time series becomes stationary, i.e., independent of n as n → ∞ and exhibits a rich, universal behavior. The mean stationary gap exhibits a universal algebraic decay for large k, ~d(k,∞)-/σ 1/sqrt[2πk], independent of the details of the jump distribution. Moreover, the probability density (pdf) of the stationary gap exhibits scaling, Pr(d(k,∞) = δ) ~/= (sqrt[k]/σ)P(δsqrt[k]/σ), in the regime δ~ (d(k,∞)). The scaling function P(x) is universal and has an unexpected power law tail, P(x) ~ x(-4) for large x. For δ> (d(k,∞)) the scaling breaks down and the pdf gets cut off in a nonuniversal way. Consequently, the moments of the gap exhibit an unusual multiscaling behavior.     

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.