四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO2)体相及其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明,t-HfO2(001)表面不会产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO2(001)表面态密度明显高于体相态密度.其次,表面原子的态密度更靠近费米能级(EF),价带往低能量处移动,并有表面态产生.计算结果表明了t-HfO2表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO2(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位数减少,表面原子周围的环境发生变化而引起的.     

四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO₂)体相及 其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明，t-HfO₂(001)表面不会 产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO₂(001)表面态密度明显高于体相态 密度.其次，表面原子的态密度更靠近费米能级(E_F)，价带往低能量处移动，并 有表面态产生.计算结果表明了t-HfO₂表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO₂(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位 数减少，表面原子周围的环境发生变化而引起的. 关键词： 密度泛函理论 2(001)')" href="#">t-HfO₂(001) 表面电子结构     

Mg2Si:Fe 电子结构及磁性的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了Mg_2Si:Fe体系的电子能带结构、态密度和磁性.结果表明:掺入的Fe原子优先占据晶格中的空隙位,也可能代替晶格中的Mg位.从能带结构和态密度可以看出,当Fe原子位于晶格中空隙位时,系统显示出金属性;当Fe占据Mg位置时,对于自旋向上电子态,体系有一带隙存在,系统呈现明显的半导体特性;对于自旋向下电子态,Fe的替位掺杂在该体系内引入新的杂质能级,杂质能级与导带价带分离,且100%自旋极化.两种位置的杂质,上自旋电子和下自旋电子的态密度均明显不对称,诱导出铁磁性,且铁磁性主要由于Fe的3d态电子诱导产生.Fe位于空隙位时,Fe原子的磁矩为1.69μB;Fe占据Mg位时,Fe原子的磁矩为1.38μB,说明原子磁矩与其所占位置和配位情况有关.     

硫在Fe(100)面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似下,计算了硫原子在Fe(100)面吸附的结构和电子性质,并计算了其分子轨道和吸附能.同时讨论了相关吸附性质与硫原子表面覆盖度(0.25～1.0ML)的关系.结果表明:硫原子吸附在H住最稳定,吸附能均随浓度的增加而单调增加;B位吸附的硫原子与Fe(100)表面的距离随浓度非单调变化,在0.5 ML时达到最大,是由较高的局域电子云重叠产生的排斥作用所导致;对比分析吸附前后硫和Fe的s及p电子的态密度,显示了硫化亚铁的生成.     

铁铜双核羰基簇合物结构的理论研究

采用密度泛函理论BPW91方法在6-311+G(d)基组水平上, 对FeCu团簇吸附CO过程中可能的几何结构和电子态进行了系统研究. 计算结果表明: FeCu双原子团簇饱和吸附CO分子数是7, 配位过程均为放热反应, 吸附能最大的结构是FeCu(CO)1. 金属原子满足18电子规则,对CO的吸附位置起主要决定作用, 即CO配位由于遵循18电子规律, 即Fe原子上形成Fe(CO)4Cu 之后CO与Cu原子发生配位形成Fe(CO)4Cu(CO)3. 各配合物中 Fe电荷密度最大的结构是Fe(CO)4Cu(CO)1, Cu电荷密度最大的结构Fe(CO)4Cu(CO)3.     

碳吸附于Fe（100）表面的第一性原理研究

本文采用自旋极化密度泛函理论计算了清洁Fe（100）表面及C吸附于Fe（100）表面三种结构: p(2×2)、c(2×2)及p(2×1)。清洁Fe(001)表面只有弛豫,没有重构。吸附C原子的Fe表面体系,最稳定位置为四重空位,空位吸附的C原子实际上与Fe成五重键,这与实验相符。通过对c(2×2)表面结构的电子态密度计算,发现C原子的s、p态与表面Fe原子的d、p及s态都有不同程度的相互作用,成键的主要作用为C2p态与Fe3dx2-y2、3dxy 态的杂化。     

硫在Fe(100)面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似下,计算了硫原子在Fe(100)面吸附的结构和电子性质,并计算了其分子轨道和吸附能.同时讨论了相关吸附性质与硫原子表面覆盖度(0.25-1.0ML)的关系.结果表明：硫原子吸附在H位最稳定,吸附能均随浓度的增加而单调增加;B位吸附的硫原子与Fe(100)表面的距离随浓度非单调变化,在0.5ML时达到最大,是由较高的局域电子云重叠产生的排斥作用所导致的;对比分析吸附前后硫和Fe的s及p电子的态密度,显示了硫化亚铁的生成.     

YFe2B2电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论,从头计算了具有ThCr₂Si₂型四方晶系的稀土金属化合物Yfe₂B₂体相的物理特性.能量计算结果表明Yfe₂B₂体相处于顺磁金属态;而能带结构、态密度、布居数以及差分电荷　分布的计算结果表明Y原子的5s,5p电子具有很强的局域性;Fe原子的3d电子和B的1s,2s和2p电子强烈耦合,使得最近邻Fe原子与B原子形成了Fe—B共价键;最近邻的两个Fe原子之间由于 关键词： 稀土金属化合物 第一性原理计算 能带结构 态密度     

钒团簇的几何和电子结构——从分子到体相性质的演化

基于密度泛函理论,优化了钒团簇V_n(n=2—9,13,15,19,27,51)的几何结构,通过研究键长、配位数、平均结合能、电离势、电子亲和能、总的态密度和平均磁矩随着尺寸的变化规律,从理论上揭示了n≤9的钒团簇电子结构具有分立特征的分子行为和很强的尺寸效应,13≤n≤19是从分子向体相态结构变化的过渡区域;V₂₇和V₅₁的态密度已趋向于体相的三峰结构,说明它们已接近大块钒的性质 关键词： 钒团簇 密度泛涵理论 电子结构     

H2S在Fe(100)面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理, 在广义梯度近似下, 研究了表面覆盖度为0.25 ML (monolayer)时硫化氢分子在Fe(100)面吸附的结构和电子性质, 并与单个硫原子吸附结果进行了对比. 结果表明: 硫化氢分子吸附在B2位吸附能最小为-1.23 eV, 最稳定, B1位吸附能最大为-0.01 eV, 最不稳定; 并对硫化氢分子在B1位和B2位吸附后的电子态密度进行了分析, 也表明了吸附在B2位稳定, 且吸附在B2位后硫化氢分子几何结构变化不大; 将硫化氢中硫原子吸附与单个硫原子吸附的电子性质进行了比较, 发现前者吸附作用非常微弱; 同时对吸附后的Fe(100)面进行了对比, 单个硫原子吸附的Fe(100)面电子态密度出现了一系列峰值且离散分布, 生成了硫化亚铁, 表明在硫化氢环境下, 主要是硫化氢析出的硫原子发生了吸附. 关键词： 第一性原理 Fe(100)表面 吸附能 硫化氢     

Determination of the surface states from the ultrafast electronic states in a thermoelectric material

We reveal the electronic structure in Yb Cd₂Sb₂,a thermoelectric material,by angle-resolved photoemission spectroscopy(ARPES)and time-resolved ARPES(tr ARPES).Specifically,three bulk bands at the vicinity of the Fermi level are evidenced near the Brillouin zone center,consistent with the density functional theory(DFT)calculation.It is interesting that the spin-unpolarized bulk bands respond unexpectedly to right-and left-handed circularly polarized probe.In addition,a hole band of surface states,which is not sensitive to the polarization of the probe beam and is not expected from the DFT calculation,is identified.We find that the non-equilibrium quasiparticle recovery rate is much smaller in the surface states than that of the bulk states.Our results demonstrate that the surface states can be distinguished from the bulk ones from a view of time scale in the nonequilibrium physics.     

PbTe(001)表面原子几何结构和电子结构的第一性原理计算

用第一性原理的密度泛函理论计算了PbTe（001）表面的几何结构和电子结构.计算结果表明：PbTe（001）表面不发生重构，但表面几层原子表现出明显的振荡弛豫现象，其中第一、第二层间距减小4.5%，第二、第三层间距增加2.0%，并且表面层原子出现褶皱.表面带隙在X 点，带隙变宽，在基本带隙中不引入新的表面态，而导带底和价带顶附近等多处出现新的表 面共振态；弛豫后费米面处态密度很低，所以表面结构很稳定. 关键词： 密度泛函理论 表面几何结构 表面电子结构 PbTe     

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。     

Ab initio calculation of strain effect on the magnetic properties of the thiogermanate [(CH3)4N]2FeGe4S10

The magnetic properties of the thiogermanate TMA(2)FeGe(4)S(10) (TMA=[(CH(3))(4)N](+)), and the influence of large strain are investigated by ab initio density functional theory calculations. An analysis of the electronic structure is provided considering antiferromagnetic (AFM), ferromagnetic (FM) and nonmagnetic configurations for the thiogermanate at the equilibrium states. A small difference in total energy between the FM and AFM states suggests that the thiogermanate TMA(2)FeGe(4)S(10) may possess a low Curie temperature. Changes in electronic structure and magnetic moment of the thiogermanate under strain are closely related to the distortion of FeS(4) tetrahedral units. With the help of a simplified molecule model, we show that, while the origin of the drastic change in magnetism under high isotropic compressions mainly originates from the decrease in the Fe-S interatomic bond length, the changes in the electronic structure between - 10% and + 15% isotropic strains are mainly due to the variations of the interatomic bond angles. Little effect of shear strain on the magnetic properties is found since the FeS(4) tetrahedral units rotate under shear, hence keeping their shape.     

Spin-polarized surface states on Fe-deposited Au(111) surface: A theoretical study

We have studied electronic structure of Fe-deposited Au(111) by performing ab initio density functional theory calculations. We find that the magnetic moment on the deposited Fe layer is enhanced as compared to that in bulk iron. We observe a large number of new states on the Fe-deposited surface — one of which is in the majority spin channel having similar dispersion to that on the clean surface, and others in the minority spin channel. The effective mass of electrons in surface states near the Fermi level increases on Fe deposition. The electronic properties are found to be insensitive to the stacking of near-surface layers. We need to use very thick slabs in our calculations to avoid splitting of surface states due to spurious interactions between the two surfaces of the slab. Using the local density of states profiles for different surface states, we conclude that in scanning tunneling microscope experiments one can detect two of the surface states — one in the majority channel below the Fermi level, and another in the minority channel appearing just above the Fermi energy. We compare our results to those from scanning tunneling spectroscopy experiments.     

Role of Ti 3d carriers in mediating the ferromagnetism of Co∶TiO2 anatase thin films

We study the surface and bulk electronic structure of the room-temperature ferromagnet Co∶TiO(2) anatase films using soft- and hard-x-ray photoemission spectroscopy with probe sensitivities of ～1 and ～10 nm, respectively. We obtain direct evidence of metallic Ti(3+) states in the bulk, which get suppressed to give a surface semiconductor, thus indicating the difference in electronic structure between surface and bulk. X-ray absorption and resonant photoemission spectroscopy reveal Ti(3+) electrons at the Fermi level (E(F)) and high-spin Co(2+) electrons occurring away from E(F). The results show the importance of the charge neutrality condition: Co(2+)+V(O)(2-)+2Ti(4+)?Co(2+)+2Ti(3+) (V(O) is oxygen vacancy), which gives rise to the elusive Ti 3d carriers mediating ferromagnetism via the Co 3d-O 2p-Ti 3d exchange interaction pathway of the occupied orbitals.     

FeSiF66H2O晶体的基态能级和零场分裂参量

由单晶的中子衍射方法得到FeS_iF₆6H₂O的晶体结构,这种晶体结构可以用S_iF^6-和Fe(H₂O)⁺⁺两个离子来描述,而局域三角对称的Fe(H₂O)⁺⁺离子反映了这种晶体的主要光谱性质利用不可约张量的理论,构成了晶体场和自旋轨道相互作用哈密顿完全对角化矩阵因此,由完全对角化的晶体场和自旋轨道相互作用哈密顿矩阵和电子顺磁共振的理论公式来求出晶体FeS_iF₆6H₂O中Fe²⁺离子的电子顺磁共振零场分裂参量D和Fa并研究了低自旋³L态对电子顺磁共振(EPR)零场分裂参量的贡献结果显示低自旋³L态对电子顺磁共振的零场分裂参量的贡献是较强的理论计算的结果与实验值是相符的.     

第一性原理研究四元Heusler合金TiZrCoIn (100) 的表面结构、磁性及自旋极化率

本文利用第一性原理计算方法,对具有半金属性的四元Heusler合金TiZrCoIn两个不同终端表面效应进行了理论研究,主要针对表面效应对其结构、磁性、电子结构、自旋极化率及半金属性的影响来展开调研,以便寻求适合于隧道结的表面材料,为后续相关理论研究及实验提供一定参考。研究结果显示,两终端表面不同原子分别发生了不同程度的伸缩,同层原子发生错位,致使表面原子间距改变,进而改变它们之间的杂化作用,同时也影响着原子的磁矩。另外通过分析其态密度,发现TiCo-(100)和ZrIn-(100)两个终端表面由于受到表面效应的影响,其电子结构发生了很大的改变。块体TiZrCoIn原有的宽带隙和半金属性被表面态所破坏,但仍然保留着很高的自旋极化率,尤其是ZrIn-(100)终端表面,其费米面处呈现几乎100%的自旋极化率。