压力效应对CdS电子结构和光学性质的影响

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA)方法,利用第一性原理计算了不同压强下CdS晶体闪锌矿结构,得到其晶格常数、总能量、电子态密度分布、能带结构、光反射与吸收系数等性质,通过比较能带结构的变化行为,得出CdS在116.8 GPa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.结合电子结构系统分析了压力效...     

高压下AlN的电子结构和光学性质

运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法，利用第一性原理计算了不同压强下六方纤锌矿结构AlN晶体的晶格常数、总能量、电子态密度、能带结构、光反射系数与吸收系数。通过比较能带结构的变化行为，得出 AlN在16.7Gpa附近存在等结构相变，即由直接带隙结构转变为间接带隙结构。同时，结合高压下的态密度分布图和能级移动情况，分析了AlN在高压下的光学性质，吸收谱有向高能端移动(蓝移) 的趋势。     

高压下AlN的电子结构和光学性质

运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,利用第一性原理计算了不同压强下六方纤锌矿结构AlN晶体的晶格常数、总能量、电子态密度、能带结构、光反射系数与吸收系数。通过比较能带结构的变化行为,得出 AlN在16.7Gpa附近存在等结构相变,即由直接带隙结构转变为间接带隙结构。同时,结合高压下的态密度分布图和能级移动情况,分析了AlN在高压下的光学性质,吸收谱有向高能端移动(蓝移) 的趋势。     

压力对有机半导体均苯四甲酸晶体结构转变和电子性质的影响

研究高压条件下均苯四甲酸(C₁₀H₆O₈)材料的结构和性质对探索有机半导体材料的应用有积极意义.基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法，开展了0-300 GPa压强下C₁₀H₆O₈晶体的结构、电子和光学性质的研究.晶格常数在压强20 GPa和150 GPa下出现了明显跳变，且原子之间随着压强变化反复地出现成键/断键现象，表明压强可诱导晶体结构变化.电子结构的性质表明，0 GPa的C₁₀H₆O₈晶体是带隙为3.1 eV的直接带隙半导体，而压强增加到150 GPa时，带隙突变为0 eV,表明了晶体由半导体转变为导体.当压强为160 GPa时，晶体又变成了能隙约为1eV的间接带隙半导体，这可能是费米能级附近仅受O-2p轨道电子影响所导致.通过对C₁₀H₆O₈晶体介电函数的分析，再次验证了晶体在150 GPa时发生了结构相变.同时...     

第一性原理研究缺陷对高压下LiF的电子结构和光学性质的影响

基于密度泛函理论下的平面波超软赝势方法,本文计算了102 GPa压力下LiF理想和含空位（Li-1 、F+1）晶体的电子结构和光学性质.结果表明:102 GPa压力下理想LiF晶体有良好的透明性;高压下Li-1及F+1两种空位的存在不影响LiF的光学透明性.分析其原因：LiF是一种带隙很宽的离子晶体,电子发生跃迁需要较高的能量; LiF中F元素的电负性很大,Li的电负性却很小,二者结合的Li-F键键能很高.另外本文还计算了102 GPa压力下理想LiF晶体及Li-1 、F+1两种空位分别存在时的反射、折射率、介电函数和光损失函数等一些光学性质,并将理想和含空位的做了比较,结果表明：102 GPa压力下空位的存在对LiF在可见光范围内这些光学性质都不产生影响,但由于F+1空位的存在使LiF晶体对光的吸收发生了红移现象.     

ZnTe结构相变、电子结构和光学性质的研究

运用密度泛函理论体系下的投影缀加波方法, 对闪锌矿和朱砂相结构的ZnTe在高压下的状态方程和结构相变进行了研究, 并分析了相变前后的原胞体积、电子结构和光学性质. 结果表明: 闪锌矿结构转变为朱砂相结构的相变压力为8.6 GPa, 并没有出现类似材料高压导致的金属化现象, 而是表现出间接带隙半导体特性. 相变后, 朱砂相结构Zn和Te原子态密度分布均向低能级方向移动, 带隙变小; 轨道杂化增强, 更有利于Te 5p与Zn 3d间的电子跃迁, 介电常数虚部主峰明显增强, 但宏观介电常数不受压力的影响.     

高压下锗化镁的金属化相变研究

锗化镁是一种窄带半导体,压力作用可以使锗化镁导带底与价带顶的能隙变小.本文基于第一性原理计算了锗化镁在高压下的能带结构以及反萤石相(常压稳定相)和反氯铅矿相(高压相)的焓值,发现在7.5 GPa时反萤石结构锗化镁导带底与价带顶的能隙闭合,预示着半导体相转变为金属相,计算结果还预测在11.0 GPa时锗化镁发生从反萤石结构到反氯铅矿结构的相变.实验研究方面,本文采用长条形压砧在连续加压条件下测量了锗化镁高压下的电阻变化,采用金刚石对顶压砧测量了锗化镁的高压原位拉曼光谱,发现在8.7 GPa锗化镁的电阻出现不连续变化,9.8 GPa以上锗化镁的拉曼振动峰消失.由于金属相的自由电子浓度高会阻碍激发光进入样品,进而引起拉曼振动峰消失,因此我们推测锗化镁在9.8 GPa转变为金属相.     

第一性原理对金的高压相变和零温物态方程的计算

在密度泛函理论下，用缀加平面波加局域轨道方法，分别采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对金的面心立方晶格结构(fcc)、体心立方晶格结构(bcc)和六角密堆积结构(hcp)的结构能量进行了计算.在GGA下，计算得出fcc向hcp和hcp向bcc的相变分别发生在380GPa 和1250GPa；而LDA下相变分别发生在490GPa和790GPa.当计算压强达到2TPa时，bcc在这两种近似下仍然保持稳定的结构.根据不同体积下不同结构的电子态密度的特征，对发生相变的物理原因进行了定性的分析，在此基础上得到了金的零温状态方程. 关键词： 缀加平面波方法 固态相变 电子态密度 物态方程     

C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究.结果表明,当压力在0～6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure).伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.     

C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究. 结果表明,当压力在0到6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure). 伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.     

First-principles calculations of the structural, electronic, and optical properties of LiF up to 300 GPa

The structural, electronic, and optical properties of LiF are investigated at high pressures using the plane-wave pseudo-potential density functional method (DFT) within the generalized gradient approximation (GGA). From the analysis of Gibbs free energies, we find that no phase transition takes place for LiF in the presented pressure range from 0 to 300 GPa. The result is consistent with the theoretical prediction obtained from the ab initio calculations [N.A. Smirnov, Phys. Rev. B 83 (2011) 014109] that the rock-salt structure is thermodynamically stable up to 1000 GPa. Meanwhile, good agreement between the calculated equation of state parameters and the experimental results is obtained, and a direct energy gap of 8.65 eV is estimated in the DFT-GGA for LiF with rock-salt structure. In addition, the dielectric function and optical properties such as reflectivity, absorption coefficient, and refractive index dependence of the photon energy from 0 to 50 eV and wavelength from 0 to 200 nm at different pressures are also calculated and analyzed. It is found that the rock-salt LiF is transparent from the partially ultra-violet to the visible light area and hardly is the transparence affected by the pressure. Furthermore, the curve of optical spectrum will shift to high energy area with increasing pressure.     

Phase Transition and Physical Properties of InS

Using the crystal structure prediction method based on particle swarm optimization algorithm, three phases(P nnm, C2/m and Pm-3 m) for InS are predicted. The new phase Pm-3m of InS under high pressure is firstly reported in the work. The structural features and electronic structure under high pressure of InS are fully investigated. We predicted the stable ground-state structure of InS was the P nnm phase and phase transformation of InS from P nnm phase to P m-3 m phase is firstly found at the pressure of about 29.5 GPa. According to the calculated enthalpies of InS with four structures in the pressure range from 20 GPa to 45 GPa, we find the C2/m phase is a metastable phase. The calculated band gap value of about 2.08 eV for InS with P nnm structure at 0 GPa agrees well with the experimental value. Moreover, the electronic structure suggests that the C2/m and P m-3m phase are metallic phases.     

ZnS结构相变、电子结构和光学性质的研究

运用第一性原理平面波赝势和广义梯度近似方法, 对闪锌矿结构(ZB)和氯化钠结构(RS) ZnS的状态方程及其在高压下的相变进行计算研究, 分析相变点附近的电子态密度、能带结构和光学性质的变化机理. 结果表明: 通过状态方程得到ZB相到RS相的相变压强值为18.1 GPa, 而利用焓相等原理得到的相变压强值为18.0 GPa; 在结构相变过程中, sp³轨道杂化现象并未消失, RS相ZnS的金属性明显增强; 与ZB相ZnS相比, RS相ZnS的介电常数主峰明显增强, 并向低能方向出现了明显偏移, 使得介电峰向低能方向拓展, 在低能区电子跃迁大大增强. 关键词： 硫化锌 相变 电子结构 光学性质     

Optoelectronic pressure dependent study of MgZrO3 oxide and ground state thermoelectric response using Ab-initio calculations

The electronic, optical and thermoelectric properties of zirconia-based MgZrO₃ oxide have been studied theoretically at a variant pressure up to 25 GPa. Calculations for the formation energy and tolerance factor reveal the thermodynamic and structural stability of MgZrO₃. To tune the indirect band gap from to a direct band gap, the optimized structure of MgZrO₃ has been subjected to external pressure up to 25 GPa. The optical properties have been discussed in the form of dielectric constant and refraction that brief us about the dispersion, polarization, absorption, and transparency of the MgZrO₃. In the end, the thermoelectric parameters have been analyzed at variant pressure against the chemical potential and temperature. The narrow band gap and high absorption in the ultraviolet region increase the demand of the studied oxide for energy harvesting device applications.     

Electronic and optical properties of BAs under pressure

The electronic and optical properties of boron arsenide (BAs) in the zinc-blende (ZB) and rock-salt (RS) phases have been studied by the density functional theory (DFT) method based on the generalized gradient approximation (GGA). Using the enthalpy-pressure data, the structural phase transition from ZB to RS is observed at 141 GPa. Our calculated electronic properties show that ZB-BAs is a semiconductor, whereas RS-BAs is a semi-metal. Calculations of the dielectric function and absorption coefficient have been performed for the energy range 0-30 eV. The dependence of pressure on band structure and optical spectra is also investigated. The results are compared with available theoretical and experimental data.     

Equation of state and thermal expansivity of LiF and NaF

The high-pressure and high-temperature behaviors of LiF and NaF have been studied up to 37 GPa and 1000 K. No phase transformations have been observed for LiF up to the maximum pressure reached. The B1 to B2 transition of NaF at room temperature was observed at ～28 GPa, this transition pressure decreases with temperature. Unit-cell volumes of LiF and NaF B1 phase measured at various pressures and temperatures were fitted using a P–V–T Birch–Murnaghan equation of state. For LiF, the determined parameters are: α₀ = 1.05 (3)×10^?4 K^?1, dK/dT = ?0.025 (2) GPa/K, V ₀ = 65.7 (1) Å³, K ₀ = 73 (2) GPa, and K′ = 3.9 (2). For NaF, α₀ = 1.34 (4)×10^?4 K^?1, dK/dT = ?0.020 (1) GPa/K, V ₀ = 100.2 (2) Å³, K ₀ = 46 (1) GPa, and K′ = 4.5 (1).     

金红石高温高压相变的Raman光谱特征

以Ar作压力介质,在准静水压力条件下,利用激光加热DAC技术和显微Raman光谱原位测试技术,在0～35 GPa压力范围开展金红石的高温高压相变研究。在室温条件下,金红石结构TiO₂于13.4 GPa开始转变成斜锆石相,于21 GPa时转变完全,并直到35 GPa时斜锆石相稳定存在。在压力分别为29.4和35.0 GPa时,用YAG激光器发出的波长为1.064 μm的红外激光束扫描加热样品,TiO₂斜锆石高压相转变成另一Pbca结构高压相。卸压时,Pbca相于26.3 GPa时转变成斜锆石相。斜锆石相转变成Pbca相需要加热才能发生,而卸压时却在较小的压力区间即迅速转变完全,两相转变压力边界在28 GPa左右。进一步卸压,斜锆石相直到11 GPa仍稳定,在7.6 GPa时斜锆石相与α-PbO2相两相共存,5 GPa时完全转变成α-PbO₂相,并直到常压该相以亚稳定态存在。