Sb、Ce掺杂Mg2Ge的第一性原理研究

此文用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法系统的计算了Sb、Ce掺杂Mg₂Ge的能带结构、态密度以及光学性质,获得了Mg₂Ge掺杂Sb后,费米面进入导带,呈现n型导电;Mg₂Ge掺杂Ce后,上自旋电子在费米能级附近处的价带和导带有一部分重叠,呈现半金属特性,进入导带电子数目增多,导电性增强. Sb、Ce掺杂Mg₂Ge后,其主要吸收峰都小于未掺杂Mg₂Ge,在可见光区域的透过率增大;Sb掺入后,在能量低于2.6 eV反射谱出现红移,Ce掺入后Mg₂Ge的吸收范围明显宽于本征Mg₂Ge;掺杂改善了Mg₂Ge对红外光子的吸收等有益结果.     

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.     

Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究

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, 计算了理想2H-NbSe₂和Ti掺杂2H-NbSe₂晶体的几何结构及电子结构; 对掺杂前后超胞的能带图、态密度及分波态密度图进行了分析. 结果表明, 掺杂后费米能级附近能量区域的电子态密度出现了较高的峰值, 且费米能级位置发生了改变. 理论上可以认为Ti的掺杂会使得NbSe₂的导电性增强, 有利于开发新型的电接触复合材料.     

第一性原理研究Mg2 Si同质异相体的结构、电子结构和弹性性质

在第一性原理框架下,采用赝势平面波方法研究了三种Mg₂Si同质异相体的晶胞结构、电子结构和弹性性质随压强的变化关系.研究发现,反萤石结构Mg₂Si、反氯铅矿结构Mg₂Si和Ni₂In型Mg₂Si分别在压强为0-7 GPa,7.5-20.2 GPa和21.9-40 GPa范围内能够保持结构稳定.计算获得了不同压强下Mg₂Si的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比和各向异 关键词： 态密度 电子结构 弹性常数 第一性原理     

Ⅲ族元素掺杂对SnO2电子结构及电学性能的影响

采用密度泛函理论研究了Ⅲ族元素掺杂对SnO₂电子结构及电学性能的影响.态密度分析结果表明，以替代位存在的Ⅲ族杂质均使SnO₂的费米能级明显向低能态方向移动，使得价带顶不完全填满，因此在SnO₂中均充当受主作用.部分态密度分析结果表明，相对于掺Al的SnO₂，Ⅲ族元素中的Ga及In对费米能级附近态密度贡献较大，其主要贡献来自Ga3d态或In4d态，这预示着在SnO₂中掺Ga或In能实现更好的p型掺杂效果.电离能计算结果进一步表明，在Al，Ga及In三种元素中，替位In有最小的电离能(0.06 eV)，这说明其在SnO₂中能形成最浅的受主能级，因而在同等掺杂情况下，可引入最高浓度的空穴，从而实现最佳的p型掺杂效果. 关键词： 密度泛函理论 2')" href="#">SnO₂ Ⅲ族元素掺杂 电子结构     

Mg-Si基热电材料量子化学计算

对于掺杂合适的元素Sb,Te,Ag,Cu使得Mg-Si基热电材料的热电性能大幅度提高的实验事实,欲从理论和计算上寻求支持,试图从原子、分子的层次上对此现象作出解释,因此建立了简化的Mg₂Si量子化学计算模型,采用密度泛函离散变分X_α量子化学计算法,计算了物质内部的结构信息,如共价键级和态密度等.计算结果表明,掺杂以后,晶体的共价键级被削弱,态密度图中的禁带宽度明显变窄,这与实验测试的结果是一致的.     

Mg2Si的电子结构和热电输运性质的理论研究

利用全势线性缀加平面波法,对Mg₂Si的几何结构和电子结构进行了计算,得到了稳定的晶格参数以及能带和电子态密度.能带结构表明,Mg₂Si为间接带隙半导体,禁带宽度为020 eV.在此基础上利用玻尔兹曼输运理论和刚性带近似计算了材料的电导率、Seebeck系数和功率因子.结果表明,在温度为700 K时p型和n型掺杂的Mg₂Si功率因子达到最大时的最佳载流子浓度分别为7749×10¹⁹ cm^-3和 关键词： 2Si')" href="#">Mg₂Si 全势线性缀加平面波法 热电输运性质     

Mg-Sn-Si合金中Mg2(Si,Sn)复合相的结构与性能研究

研究了铸态Mg-Sn-Si合金中Mg₂(Si,Sn)复合相的结构、 特性以及该相对Mg-Sn-Si合金变质作用的影响. 结果表明: Sn原子能取代Mg₂Si中的部分Si生成Mg₂(Si,Sn)复合相, 该三元相与Mg₂Si, Mg₂Sn相的结构相同, 属于面心立方结构, Mg₂(Si,Sn)相的元素含量并不固定, 在Si富集区形成的Mg₂(Si,Sn)相中, Si元素含量高, 在Si贫乏区形成的Mg₂(Si,Sn)相中, Si元素含量低. Si含量较多的Mg₂(Si,Sn)相性能与Mg₂Si相接近, Sn含量较多的Mg₂(Si,Sn)相性能与Mg₂Sn相接近, 实验中发现Mg₂(Si,Sn)复合相的纳米硬度、 弹性模量与维氏硬度等物理性能介于Mg₂Si与Mg₂Sn之间, Mg₂(Si,Sn)相对汉字状Mg₂Si相的变质处理起到桥梁作用. 关键词： Mg-Sn-Si合金 2Si')" href="#">Mg₂Si 2Sn')" href="#">Mg₂Sn 2(Si,Sn)复合相')" href="#">Mg₂(Si,Sn)复合相     

第一性原理研究Eu/N共掺杂锐钛矿TiO2光催化剂的电子和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法, 运用Vasp方法计算了Eu, N掺杂及Eu/N共掺杂锐钛矿TiO₂的结构, 并分析了其电子及光学性质. 通过计算发现有一些Eu的4f态电子在Eu掺杂锐钛矿TiO₂的体系的费米能级附近出现杂质能级, 并且N掺杂会使得锐钛矿TiO₂的禁带宽度减小. 对于共掺杂体系而言, Eu/N共掺杂的协同效应能导致锐钛矿TiO₂的晶格畸变及禁带宽度减小. 与此同时, 计算得到的光吸收谱表明Eu/N混合掺杂锐钛矿TiO₂展现出了明显的光谱吸收边缘红移. 这些计算结果表明Eu/N共掺杂锐钛矿TiO₂具有优良的光催化活性. 关键词： 2')" href="#">TiO₂ 共掺杂 可见光催化剂 密度泛函理论     

第一性原理研究Fe掺杂SnO2材料的光电性质

采用基于第一性原理的线性缀加平面波(FP-LAPW)方法,研究Fe掺杂SnO₂材料电子结构和光学性质,包括电子态密度、能带结构、介电函数和其他一些光学图谱. 研究结果表明,掺Fe后材料均属于直接跃迁半导体,且呈现半金属性;随掺杂浓度增加,费米能级进入价带,带隙逐渐减小,Fe原子之间耦合作用增强;通过掺杂能够在一定程度上改变成键性质,使其具有金属键性质. 光学谱线(吸收谱、消光系数等)与介电函数虚部谱线相对应,均发生蓝移,各峰值与电子跃迁吸收有关,从理论上指出光学性质和电子结构的内在联系. 关键词： 能带结构 态密度 光学性质 介电函数     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小,Si/SiO2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（ LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si／SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815～2.580nm的Si层厚度范围内, Si／SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si／SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小, Si／SiO2界面吸收系数产生了蓝移; O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si／SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si／SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

Al掺杂对Mg_2Si介电性质影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征Mg_2Si和Al掺杂Mg_2Si的形成能、电子结构和介电函数.结果表明,Al掺杂Mg_2Si后,Al以替位杂质(Al替Mg位,即AlMg)或填隙杂质(Al位于晶胞间隙位,即Ali)的形式进入Mg_2Si晶格.费米能级进入导带,体系呈n型导电.掺杂后体系的介电函数的实部和虚部在低频时比未掺杂时均增大,主要是由于晶格中的施主杂质Al离子束缚着附近的过剩电子,在外加交变电场的作用下,束缚在Al离子周围的电子要克服一定的势垒不断地往复运动造成松弛极化和损耗.另外,掺杂体系相对于未掺杂体系,介电函数的虚部在0.5 eV附近出现了一个额外的介电峰,该峰主要是由电子从价带跃迁到Al杂质能级引起的.计算结果为Mg_2Si基光电子器件的设计和应用提供了理论依据.     

Mg, Sr掺杂CaF2电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对纯CaF2晶体和Mg、Sr掺杂CaF2体系的晶体结构、电学以及光学性质进行了详细的对比研究, 结果表明: 与纯CaF2晶体相比, 掺杂体系的带隙变窄且形成新的态密度峰, 费米面附近出现F与Mg、Sr原子间轨道杂化加强现象. 另外, 掺杂体系仅表现出介电性质, 其对紫外光的吸收强度大大减弱, 而Ca7SrF16掺杂体系在25.44 eV处产生新的小吸收峰. CaF2晶体掺入Mg、Sr原子后, 体系在紫外光区的消光系数减小且对紫外光的透过率增大. 此外, 掺杂体系的反射谱峰和损失函数峰均发生红移且峰值显著降低.     

Mg, Sr掺杂CaF2电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对纯CaF2晶体和Mg、Sr掺杂CaF2体系的晶体结构、电学以及光学性质进行了详细的对比研究, 结果表明: 与纯CaF2晶体相比, 掺杂体系的带隙变窄且形成新的态密度峰, 费米面附近出现F与Mg、Sr原子间轨道杂化加强现象. 另外, 掺杂体系仅表现出介电性质, 其对紫外光的吸收强度大大减弱, 而Ca7SrF16掺杂体系在25.44 eV处产生新的小吸收峰. CaF2晶体掺入Mg、Sr原子后, 体系在紫外光区的消光系数减小且对紫外光的透过率增大. 此外, 掺杂体系的反射谱峰和损失函数峰均发生红移且峰值显著降低.     

Optical and photoelectron spectroscopic studies of alkyl-passivated silicon nanoparticles

We have performed the optical and photoelectron spectroscopic studies of alkyl-passivated Si nanoparticles synthesized by a solution route. The alkyl-passivated Si nanoparticle with mean diameter less than about 2 nm exhibits a strong ultraviolet-blue photoluminescence. Furthermore, we have directly investigated their electronic structures in the vicinity of Fermi level by means of valence-band photoemission measurements using synchrotron radiation. From these results, the detailed optical properties and electronic structures of alkyl-passivated Si nanoparticles are discussed.     

Valence surface electronic states on Ge(001)

The optical, electrical, and chemical properties of semiconductor surfaces are largely determined by their electronic states close to the Fermi level (E{F}). We use scanning tunneling microscopy and density functional theory to clarify the fundamental nature of the ground state Ge(001) electronic structure near E{F}, and resolve previously contradictory photoemission and tunneling spectroscopy data. The highest energy occupied surface states were found to be exclusively back bond states, in contrast to the Si(001) surface, where dangling bond states also lie at the top of the valence band.     

不同浓度Mg掺杂单层Janus WSSe的第一性原理研究

二维Janus WSSe作为一种新型过渡金属硫族化合物(TMDs)材料由于其独特的面外非对称结构及众多新颖的物理特性，在自旋电子器件中具有巨大的应用潜力.本文基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，通过构建四种掺杂模型W_9-xMg_xS₉Se₉(x=0、1、2、3),分别计算了不同浓度Mg掺杂单层WSSe的电子结构和光学性质.结果表明：掺杂使得WSSe由直接带隙半导体变为间接带隙半导体，并且随着掺杂浓度的增加，带隙逐渐减小，费米能级穿过价带，使得掺杂体系变成P型半导体，当x=3时，掺杂体系呈现金属性.此外，掺杂体系的静态介电常数随着掺杂浓度的增加而变大，极化程度显著增强，介电函数虚部和光吸收峰都发生了红移，说明掺杂有利于可见光的吸收.并且，静态折射率随着掺杂浓度的增加而呈现上升趋势，同时消光系数的峰值也与Mg原子的掺杂浓度呈现正相关.     

Adiabatic electron-phonon interaction and high-temperature thermodynamics of A15 compounds

Inelastic neutron scattering was used to measure the phonon densities of states of the A15 compounds V3Si, V3Ge, and V3Co at temperatures from 10 to 1,273 K. It was found that phonons in V3Si and V3Ge, which are superconducting at low temperatures, exhibit an anomalous stiffening with increasing temperature, whereas phonons in V3Co have a normal softening behavior. First-principles calculations show that this anomalous increase in phonon frequencies at high temperatures originates with an adiabatic electron-phonon coupling mechanism. The anomaly is caused by the thermally induced broadening of sharp peaks in the electronic density of states of V3Si and V3Ge, which tends to decrease the electronic density at the Fermi level. These results show that the adiabatic electron-phonon coupling can influence the phonon thermodynamics at temperatures exceeding 1,000 K.     

Two-dimensional silicon-carbon hybrids with a honeycomb lattice: New family for two-dimensional photovoltaic materials

We predict a series of new two-dimensional(2D) inorganic materials made of silicon and carbon elements(2D SixC1?x) based on density functional theory. Our calculations on optimized structure, phonon dispersion, and finite temperature molecular dynamics confirm the stability of 2D SixC1?x sheets in a two-dimensional, graphene-like, honeycomb lattice. The electronic band gaps vary from zero to 2.5 e V as the ratio x changes in 2D SixC1?x changes, suggesting a versatile electronic structure in these sheets. Interestingly, among these structures Si0.25C0.75 and Si0.75C0.25 with graphene-like superlattices are semimetals with zero band gap as their ? and ?* bands cross linearly at the Fermi level. Atomic structural searches based on particle-swarm optimization show that the ordered 2D SixC1?x structures are energetically favorable. Optical absorption calculations demonstrate that the 2D silicon-carbon hybrid materials have strong photoabsorption in visible light region, which hold promising potential in photovoltaic applications. Such unique electronic and optical properties in 2D SixC1?x have profound implications in nanoelectronic and photovoltaic device applications.