Sb、Sm共掺杂SnO2的电子结构与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计算方法,构建了Sm、Sb及Sm和Sb共掺杂SnO₂超晶胞模型,研究了经过几何优化后的各掺杂体系的焓变值、能带结构、态密度、电荷布居、介电常数、吸收系数、反射率等光电性质.结果表明：Sm和Sb的掺杂可以有效地提升SnO₂的导电性能,且Sb和Sm共掺杂体系的电学性能最佳. Sm和Sb掺杂还可以增加SnO₂在红外波段的电子极化能力和电子跃迁概率,提升了红外反射率,且共掺杂体系的电子束缚能力最强、反射率最高.这为SnO₂基光电材料的研制提供了一定的理论依据.     

过渡金属(Ni)掺杂ZnV2O4的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论下的MS软件模拟了过渡金属Ni掺杂ZnV₂O₄前后的能带结构、态密度以及光学性质.结果表明：ZnV₂O₄具有间接的光学跃迁且能带间隙为0.355 eV,Ni掺杂后能带间隙增加为0.785 eV,且带隙类型不变,引入的Ni-3d轨道电子对ZnV₂O₄的价带和导带组成提供了较大贡献.光学性质结果表明ZnV₂O₄为一种低介电材料,在可见光区的吸收系数和折射率较低,主要表现为紫外吸收.掺杂Ni后,在可见光区的吸收特性和光电导率均增大,有效改善了ZnV₂O₄在可见光区的光电性能.     

单层MoS2掺杂Au、 Ag光学性质的第一性原理研究

二维材料因其优异的光电性能、可调的能带结构广泛应用于传感电子领域,如场效应晶体管、拉曼增强基底、光电探测器等光电子器件。通过掺杂可以将材料改性进而提高材料的载流子浓度和电导率,这将增强材料界面处的电荷转移从而调控材料的光电特性。本文搭建了单层MoS₂以及在MoS₂晶胞中掺杂Au、 Ag原子,通过理论计算得到材料的介电函数、光吸收谱和反射谱,为该材料在光电领域的应用提供理论依据。     

低温制备SnO2电子传输层用于钙钛矿太阳能电池

SnO₂具有光稳定性优异、可低温溶液制备等优点被视为电子传输层的优异材料之一,广泛应用于高效稳定的平面异质结钙钛矿太阳能电池.本文在低温(150℃)下采用旋涂工艺制备SnO₂电子传输层,探究了SnO₂前驱体溶液不同浓度(SnO₂质量分数为2.5%—10.0%)下制备的SnO₂电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响.通过对SnO₂薄膜进行扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱和透射光谱分析,发现基底的覆盖率、透光率和SnO₂薄膜的带隙随SnO₂前驱液浓度的增加而增大;通过对SnO₂/钙钛矿(MAPbI₃)薄膜进行SEM、UV-Vis、X-射线衍射(XRD)、稳态光致发光(PL)光谱分析,发现SnO₂胶体分散液浓度为7.5%制备的SnO₂层上沉积的MAPbI₃的粒径最大,结晶度最好,具...     

AgSnO2触头材料在Ni-S共掺杂下的第一原理性计算

该研究采用掺杂的方式对SnO₂的导电性能进行改良,基于密度泛函理论的第一性原理,运用CASTEP软件对单掺杂Ni-SnO₂、S-SnO₂和共掺杂Ni-S-SnO₂的晶格参数、能带结构、电子态密度进行了计算,并对其电荷布居进行了分析.结果表明：S单掺杂时,晶胞体积略微增大;Ni单掺杂时,晶胞体积略微减小;而Ni-S共掺杂时,晶胞体积略微增大但增大幅度小于S单掺杂时的晶胞体积.与未掺杂相比,掺杂使得晶胞禁带减小、杂质能级增多、电子跃迁能减小,使其导电性增强,同时,掺杂使得费米能级附近峰值减小,局域性下降,原子间成键更强,材料更稳定.     

过渡金属元素X（X=Mo，Tc，Ru）掺杂单层GaS的第一性原理研究

近年来，二维GaS由于其优异的性质引起了科研人员的关注.基于密度泛函理论计算了过渡金属元素X(X=Mo, Tc, Ru)掺杂单层二维GaS的电子结构、磁性性质及光学性质.计算结果表明：单层GaS材料为间接带隙的非磁性半导体，在对S位点进行替位式掺杂后，Ga-rich和S-rich条件的形成能均为正数，导致过渡金属元素Mo、Tc和Ru不能自发地进入进入单层GaS材料中.所有掺杂体系都引入了杂质能级，杂质能级主要由掺杂原子的4d轨道贡献.掺杂后所有体系的带隙都有所减小，上自旋和下自旋的能带结构不再对称，使得Mo掺杂体系呈现半金属铁磁性，Tc和Ru掺杂体系呈磁性半导体特性，Mo、Tc和Ru掺杂后的总磁矩分别为4μ_B, 3μ_B和2μ_B,磁矩主要由掺杂原子的局域磁矩产生.掺杂后单层GaS的静介电常数得到提高，吸收谱出现红移，在可见光区和近红外区的吸收系数变大，对可见光的利用率增强.     

过渡金属W、Mn、V、Ti掺杂二维材料MoSi2N4的第一性原理计算

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了W、Mn、V、Ti替位掺杂二维MoSi₂N₄后的几何结构、电子结构以及光学性质的变化.电子结构分析表明W、Mn、W、Ti替位掺杂二维MoSi₂N₄后的禁带宽度分别为1.806 e V、1.003 e V、1.218 e V和1.373 e V;四种过渡金属掺杂后MoSi₂N₄的带隙类型没有发生改变，均为间接带隙半导体;W掺杂后的杂质能级靠近价带顶，费米能级靠近价带顶，为p型半导体，杂质能级为受主能级;Mn掺杂后的杂质能级靠近导带底，费米能级靠近导带底，为n型半导体;V和Ti掺杂后杂质能级位于费米能级附近，为复合中心;光学性质分析表明，在2 e V～4 e V的能量区间内，W掺杂结构的吸收波长为336 nm，体系发生红移;Mn、V和Ti替位掺杂后的吸收波长分别为320 nm、358 nm和338 nm，且掺杂体系均发生蓝移.     

锐钛矿相和金红石相TiO2:Nb的光电性能研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了锐钛矿相和金红石相TiO₂:Nb的晶体结构、电子结构和光学性质. 结果表明, 在相等的摩尔掺杂浓度下(6.25%), 锐钛矿相TiO₂:Nb的导带底电子有效质量小于金红石相TiO₂:Nb, 且前者室温载流子浓度是后者的两倍左右, 即具有更大的施主杂质电离率, 从而解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb具有更优异电学性能的实验现象. 光学计算也表明锐钛矿相在可见光区有更大的透过率, 从而在理论上解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb更适于做透明导电材料的原因. 计算结果与实验数据能较好符合. 关键词： 2:Nb')" href="#">TiO₂:Nb 第一性原理 电子结构 光学性能     

C掺杂锐钛矿相TiO2吸收光谱的第一性原理研究

运用第一性原理,对C掺杂锐钛矿相TiO₂的电子结构进行了研究,从能带结构理论解释了C掺杂TiO₂吸收光谱的一些实验现象.发现在C掺杂后的锐钛矿相TiO₂的禁带宽度增大,并且在带隙中出现了杂质能级,这些杂质能级主要是由C 2p轨道上的电子构成的,它们之间是独立的,正是这些独立的杂质能级使TiO₂掺杂后可以发生可见光响应.价带上的电子可以吸收一定能量的光子跃迁到杂质能级,而杂质能级上的电子也可以吸收一定能量的光子跃迁到导带,所以从理论上可以计算出掺杂后的TiO₂在可见光范围内存在两个吸收边,与实验中所得到的现象相一致. 关键词： C掺杂 2')" href="#">锐钛矿TiO₂ 能带结构 吸收光谱     

Ni-Ge共掺杂下对AgSnO2触头材料性能的第一性原理分析

AgSnO₂触头材料是一种环保型低压触头材料,由于具备良好的耐电弧以及抗熔化焊能力,广泛适用于接触器,继电器以及低电压断路器中.采用金属元素Ni与Ge共掺杂的方式对SnO₂的导电性能进行改良.运用CASTEP软件对元素掺杂前后的SnO₂各项性能进行了仿真试验.结果表明：金属元素Ni与Ge单掺杂和共掺杂与本征SnO₂相比,其禁带宽度均会有不同程度的减小,其中Ni-Ge两种元素共掺杂时的禁带宽度值最小,这就表示电子可以更加容易的进行跃迁,其导电性也最好;由弹性常数分析可知,金属元素Ni-Ge共掺杂时材料的弹性最弱,韧性最强.     

层数调控磷烯能带与光学性质的研究

近年来,黑磷作为兼具石墨烯和过渡金属硫化物之长的新型二维材料而倍受关注.本文基于密度泛函理论,研究了不同厚度黑磷的电子结构与光学性质.结果表明,黑磷的性质与其厚度密切相关,可通过厚度调整实现能带与光学性质的可调控性.层间相互作用导致费米能级附近价带和导带的劈裂,是造成黑磷带隙随层数减小的根本原因.黒磷的静态折射率和静态反射率的大小均随层数的增大有增大的趋势,并且各层黑磷的反射峰均位于紫外光波段.黑磷对光的吸收涵盖了可见光到紫外光区域,对光的损失范围小于4eV.本文基于能带图和分波态密度图,从电子跃迁的角度分析了黑磷各项光学性质的变化情况,旨在为黑磷的带隙及光学性质层数可调控性提供理论依据.     

氧氩比对SnO2/Ag/SnO2透明导电膜光电性能的影响

在室温及不同的氧氩比条件下,采用射频磁控溅射Ag层和直流磁控溅射SnO2层,在载玻片衬底上制备出了SnO2/Ag/SnO2多层薄膜.用霍尔效应测试仪、四探针电阻测试仪和紫外-可见-近红外光谱仪等表征了薄膜的电学性质和光学性质.实验结果表明:当氧氩比为1:14时,所制得的薄膜的光电性质优良指数最大,为1.69×10-2 Ω-1;此时,薄膜的电阻率为9.8×10-5Ω·cm,方电阻为9.68Ω/sq,在400～800 nm可见光区的平均光学透射率达85％;并且,在氧氩比为1:14时,利用射频磁控溅射Ag层和直流磁控溅射SnO2层在PET柔性衬底上制备出了光电性质优良的柔性透明导电膜,其在可见光区的平均光学透过率达85％以上,电阻率为1.22×10-4Ωcm,方电阻为12.05Ω/sq.     

非线性光学材料倍频效应测试系统研究

开展了一种红外和可见波段非线性光学性能测试研究。该研究基于二阶非线性光学原理, 结合光电信号探测技术, 提出了一种采用红外OPO激光以及把倍频光及其他光效应产生的光通过谱仪分光并结合CCD阵列探测器加以区分探测的新检测方案。主要解决了测试使用1 064 nm光源时, 材料的倍频信号532 nm被样品吸收后而探测不到倍频信号的缺点, 以及准确测量了倍频信号强度, 排除了其他光学效应产生的噪声干扰。其特点是采用1 064和1 905 nm的双波长激光替代单一波长的激光源, 该方案能适用于可见和红外非线性材料光学性能的测试。研究工作包括测试系统组成, 工作原理和测试方法, 并给出了采用本方法测试KTP, KDP, AGS以及几种新的红外非线性材料的实验结果, 并且发现了几种有前途的非线性光学晶体材料。研究结果表明本方法具有稳定可靠、判别精度高、操作简单等优点, 可以有效地定性或半定量测试材料的可见-红外非线性光学性能, 为研究可见、红外乃至紫外二阶非线性光学材料提供重要的测试手段。     

应力效应对tP10-FeB_4的电子结构与光学性质的影响

由于具有高强度、超硬度、良好的热稳定性和半导体性质等特点,tP10-FeB_4可以在高温、高压的条件下使用,所以本文采用密度泛函理论,深入研究高压下tP10-FeB_4的电子结构和吸收系数、反射率、折射率等光学性质并得出了如下几点结论:随着压强的增大,电子的重叠增大,进而导致轨道杂化、能带宽度变宽,压缩带隙. tP10-FeB_4的价带顶部和导带底部主要由Fe的3d、B的2p和2s轨道构成. tP10-FeB_4在紫外区间有良好的吸收谱,是潜在的紫外吸收材料.而在可见光区吸收较小且对可见光的折射率比较大,因此可以考虑用于制作光导纤维.     

Theoretical progress on direct Z-scheme photocatalysis of two-dimensional heterostructures

Two-dimensional (2D) materials, due to its excellent mechanical, unique electrical and optical properties, have become hot materials in the field of photocatalysis. Especially, 2D heterostructures can well inhibit the recombination of photogenerated electrons and holes in photocatalysis because of its special energy band structures and carrier transport characteristics, which are conducive to enhancing photoenergy conversion capacity and improving oxidation and reduction ability, so as to purify pollutants and store energy. In this minireview, we summarize recent theoretical progress in direct Z-scheme photocatalysis of 2D heterostructures, focusing on physical mechanism and improving catalytic efficiency. Current challenges and prospects for 2D direct Z-scheme photocatalysts are discussed as well.     

拓扑相MoS2电子结构及光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理对二维拓扑相1T′-MoS₂和2M-MoS₂的电子结构、有效质量和光学性质进行研究,并将其与二维H-MoS₂进行对比分析.研究表明,电子有效质量大小关系为：2M-MoS₂22,空穴有效质量大小关系为：T′-MoS₂<2M-MoS₂2,但2M-MoS₂的空穴有效质量和T′-MoS₂相差不大,二者均适用于高性能电子器件.由于拓扑相1T′-MoS₂和2M-MoS₂均存在能带反转,导致带间相关性以及导带和价带的波函数重叠增强,进而光电流响应增强,二者的光学性质均优于H-MoS₂. 2M-MoS₂具有较大的吸收系数和光电导率,2M-MoS₂对红外光和紫外光有着优...     

Reduction of Electron Leakage of AlGaN-Based Deep Ultraviolet Laser Diodes Using an Inverse-Trapezoidal Electron Blocking Layer

To improve the optical and electrical properties of AlGaN-based deep ultraviolet lasers,an inverse-trapezoidal electron blocking layer is designed.Lasers with three different structural electron blocking layers of rectangular,trapezoidal and inverse-trapezoidal structures are established.The energy band,electron concentration,electron current density,P-I and V-I characteristics,and the photoelectric conversion efficiency of different structural devices are investigated by simulation.The results show that the optical and electrical properties of the inversetrapezoidal electron blocking layer laser are better than those of rectangular and trapezoidal structures,owing to the effectively suppressed electron leakage.     

具有可调电学和光学性质的双层和三层Janus Ga2SSe

将二维(2D)层状材料的单层堆叠成双层或者少数层,可以很好的调节其光电性质,为该领域发展提供了新的机遇.本文采用第一性原理方法系统地研究了堆叠层数和堆叠次序对双层和三层Janus Ga₂SSe的电学和光学性质的影响.我们发现这些结构的层间距差别很大,而结合能差异却很小.尽管所有的双层和三层Janus Ga₂SSe具有间接带隙,然而其带隙值和载流子有效质量与堆叠层数和堆叠次序密切相关.此外,在Janus Ga₂SSe中,通过增加层数,可以增强其在可见光和紫外区域的吸收系数.同时,通过控制层间堆叠模式,进一步调制其吸收系数,导致在可见光和近紫外区域产生多个吸收峰.我们的结果为双层和三层Janus III族单硫化合物的可调节电学和光学性质提供了有价值的见解,这表明其可能在纳米电子和光电子器件中有着广阔的应用前景.