Si掺杂Al2O3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析. 结果发现：随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5eV,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

Eu2+掺杂的Ca-α-SiAlON和Mg-α-SiAlON荧光粉的光学性质和电子结构

α-SiAlON是一种典型的新型硅氮氧荧光体基底材料。通过高温固相反应法合成了化学式为M0.75Eu0.05Si9.6Al2.4O0.8N15.2(M=Ca,Mg)的黄色氮氧化物荧光粉Ca-α-SiAlON:Eu2+和Mg-α-SiAlON:Eu2+。通过光致发光谱图发现,Ca0.75Eu0.05Si9.6Al2.4O0.8N15.2的发光强度比Mg0.75Eu0.05Si9.6Al2.4O0.8N15.2高得多。然后使用基于密度泛函理论的CASTEP程序,计算了两种荧光粉的能带结构和态密度。通过对态密度的分析,发现Ca的分波态密度对总态密度的贡献比Mg的大,这是因为Ca的3d能级和Eu的5d能级更接近,两者充分混合,增大了Eu的5d能带的态密度,从而解释了Ca-α-SiAlON:Eu2+的光学性能好于Mg-α-SiAlON:Eu2+的本质原因。     

Mn掺杂对半金属铁磁体Fe_2Si电磁特性的影响

此文用基于密度泛函理论第一性原理的贋势平面波方法,计算了Fe_2Si及Mn掺杂Fe_2Si体系的能带结构、电子态密度和磁学特性,分析了不同位置Mn掺杂对Fe_2Si电磁特性的影响,获得了纯的和不同位置Mn掺杂的Fe_2Si体系是铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现金属特性,纯Fe_2Si的半金属隙为0.164e V;Mn掺杂在Fe1位时,自旋向下部分转变为A-M间的间接带隙半导体,体系呈现半金属特性,此时磁矩为2.00μB,是真正的半金属性铁磁体;掺杂在Fe2位时,自旋向下部分的带隙值接近于0,体系呈现金属特性;掺杂在Fe3位时,自旋向下部分转变为L-L间的直接带隙半导体,体系呈现半金属特性等有益结果 .自旋电荷密度分布图表明Mn原子的3d电子比较局域,和周围原子成键时3d电子更倾向于形成共价键.体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子与Mn-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe、Mn-3d电子之间的p-d杂化.这些结果为半金属铁磁体Fe_2Si的电磁调控提供了有效的理论指导.     

Mg掺杂对Li(Co,Al)O2电子结构影响的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理赝势法,研究了Mg在Li(Co,Al)O2中掺杂前后的电子结构的变化.通过能带和态密度的分析,发现Mg掺杂后在价带中引入了电子空穴,同时价带展宽,这两个电子结构的显著变化是引起Li(Co,Al)O2导电率提高的主要机理.通过对Co3d电子态密度的分析发现,在二价Mg掺杂后,Li(Co,Al)O2中的Co价态升高,介于Co3+和Co4+之间.从能带计算出发,进一步定量给出了Co和O的平均价态的变化.     

Zn空位对Al-P共掺杂ZnO电子结构影响的第一性原理计算

采用第一性原理平面波赝势法计算ZnO（Al,P）体系的晶格参数和电子结构,重点分析Zn空位对体系晶体结构、形成能、态密度的影响.计算结果表明：Al和P共掺杂过程中,Al_Zn-P_Zn有更低的形成能,能带分析呈现n型.并随着Zn空位浓度的增大使得掺杂后的晶胞体积减小,晶格常数c先增大后减小.存在Zn空位的掺杂体系形成能比Al_Zn-P_O掺杂体系低,体系较稳定.能带分析呈现p型趋势.Al和P以1∶2的比例掺杂时,体系的形成能降低,体系更稳定;同时,比较1个V_Zn和2个V_Zn的Al_Zn-P_Zn共掺杂体系的能带结构发现,随着Zn空位浓度增大,带隙增大,体系p型化特征增强.Al_Zn-2P_Zn共掺杂体系带隙减小为0.56 eV,更有利于提高其导电性质.然而出现2V_Zn后,带隙增大为0.73 eV,小于本征ZnO带隙,p型化程度更强烈;此外态密度分析表明2V_Zn的Al_Zn-2P_Zn共掺杂使得态密度更加分散,更多的电子穿过费米能级使得p型化更明显.因此,将Al/P按1∶2的比例共掺且Zn空位增至2个时,可以获得导电性能更好的p型ZnO.     

Mg掺杂对Li(Co,Al)O2电子结构影响的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理赝势法，研究了Mg在Li(Co，Al)O2中掺杂前后的电子结构的变化.通过能带和态密度的分析,发现Mg掺杂后在价带中引入了电子空穴，同时价带展宽，这两个电子结构的显著变化是引起Li(Co，Al)O2导电率提高的主要机理.通过对Co3d电子态密度的分析发现，在二价Mg掺杂后，Li(Co，Al)O2中的Co价态升高，介于Co3+和Co4+之间.从能带计算出发，进一步定量给出了Co和O的平均价态的变化. 关键词： Li(Co Al)O2 电子结构 第一原理 电导     

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.     

C、N、O掺杂CuBr和CuCl的电子结构和磁性的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论(DFT)结合广义梯度近似(GGA),采用第一性原理的平面波赝势方法,探究非磁性sp元素(C、N和O)掺杂卤化物(Cu Cl和Cu Br)是否能诱导产生半金属铁磁性.通过计算体系总能量、能带、态密度和分态密度,分析了非磁性元素掺杂卤化物体系的电子结构和磁性;通过对材料加压,给出了体系铁磁性随压强变化的趋势并作了分析.最后计算显示,O和N掺杂能诱导Cu Cl产生稳定的半金属铁磁性,随着压强的增大Cu Cl0.75N0.25和Cu Cl0.75O0.25的铁磁性减弱最终发生磁相变由铁磁态(FM)转变为非铁磁态(NM).     

Mg,Al掺杂对LiCoO2体系电子结构影响的第一原理研究

为了研究Mg ,Al掺杂对锂二次电池正极材料LiCoO2 体系的电子结构的影响 ,进而揭示Mg掺杂的LiCoO2 具有高电导率的机理 ,对Li(Co ,Al)O2 和Li(Co,Mg)O2 进行了基于密度泛函理论的第一原理研究 .通过对能带及态密度的分析 ,发现在Mg掺杂后价带出现电子态空穴 ,提高了电导 ,并且通过歧化效应 (disproportionation)改变了Co 3d电子在各能级的分布 ,而Al掺杂则没有这些作用 .O2 - 的离子性在掺杂后明显增强 .     

Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质. 结果表明, 半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减小. 文中以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例, 分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质, 发现Cr-3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用. 随着掺杂浓度的增大, Cr原子间相互作用增强, Cr-3d能带向两边展宽, 导致自旋向下子带导带底的能量位置下降, 从而半金属能隙变窄.     

Si掺杂锐钛矿TiO2的第一性原理研究

为了研究Si掺杂对锐钛矿TiO2的电子蛄构和光催化性能的影响,利用基于第一性原理的密度泛函理论计算了纯TiO2及Si掺杂TiO2的杂质形成能、能带结构及态密度.研究蛄果表明,Si的掺杂位置与制备条件有关,富钛和富氧条件下,Si最容易代替TiO2中Ti的位置.几何优化后Si掺杂TiO2超晶胞的晶格参数和晶胞体积都发生一定...     

n-type conductivity in Si-doped amorphous AlN: an ab initio investigation

We report the electronic structure and topology of a heavily Si-doped amorphous aluminium nitride (Al_37.5Si_12.5N₅₀) using ab initio simulations. The amorphous Al_37.5Si_12.5N₅₀ system is found to be structurally similar to pure amorphous aluminium nitride. It has an average coordination number of about 3.9 and exhibits a small amount of Si–Si homopolar bonds. The formation of Si–Al bonds is not very favourable. Electronic structure calculations reveal that the Si doping has a negligible effect on the band gap width but causes delocalization of the valence band tail states and a shift of the Fermi level towards the conduction band. Thus, amorphous Al_37.5Si_12.5N₅₀ alloys show n-type conductivity.     

（110）应变对立方相Ca2Si能带结构及光学性质的影响

采用第一性原理贋势平面波方法对(110)应变下立方相Ca2P0.25Si0.75的能带结构及光学性质进行模拟计算,全面分析了应变对Ca2P0.25Si0.75能带结构、光学性质的影响。计算结果表明：在92%~100%压应变范围内随着应变的逐渐增大导带向低能方向移动,价带向高能方向移动,带隙呈线性逐渐减小,但始终为直接带隙;在100%~102%张应变范围内随着应变的增加,带隙呈逐渐增大,应变达到102%直接带隙最大Eg=0.54378eV;在102%~104%应变范围内随着应变的增加,带隙逐渐减小;当应变大于104%带隙变为间接带隙且带隙随着应变增大而减小。施加应变Ca2P0.25Si0.75的介电常数、折射率均增大;施加压应变吸收系数增加,反射率减小;施加张应变吸收系数减小,反射率增加。综上所述,应变可以改变Ca2P0.25Si0.75的电子结构和光学常数,是调节Ca2P0.25Si0.75光电传输性能的有效手段。     

（110）应变对立方相Ca2Si能带结构及光学性质的影响

采用第一性原理贋势平面波方法对(110)应变下立方相Ca2P0.25Si0.75的能带结构及光学性质进行模拟计算,全面分析了应变对Ca2P0.25Si0.75能带结构、光学性质的影响。计算结果表明：在92%~100%压应变范围内随着应变的逐渐增大导带向低能方向移动,价带向高能方向移动,带隙呈线性逐渐减小,但始终为直接带隙;在100%~102%张应变范围内随着应变的增加,带隙呈逐渐增大,应变达到102%直接带隙最大Eg=0.54378eV;在102%~104%应变范围内随着应变的增加,带隙逐渐减小;当应变大于104%带隙变为间接带隙且带隙随着应变增大而减小。施加应变Ca2P0.25Si0.75的介电常数、折射率均增大;施加压应变吸收系数增加,反射率减小;施加张应变吸收系数减小,反射率增加。综上所述,应变可以改变Ca2P0.25Si0.75的电子结构和光学常数,是调节Ca2P0.25Si0.75光电传输性能的有效手段。     

A computational study of silicon-doped aluminum phosphide nanotubes

We performed density functional theory (DFT) calculations to investigate the properties of silicon-doped (Si-doped) models of representative (4,4) armchair and (6,0) zigzag aluminum phosphide nanotubes (AlPNTs). The structures were allowed to relax and the chemical shielding (CS) parameters were calculated for the atoms of optimized structures. The results indicated that the band gap energies and dipole moments detect the effects of dopant. The CS parameters also indicated that the Al and P atoms close to the Si-doped region are such reactive atoms, which make the Si-doped AlPNTs more reactive than the pristine AlPNTs. Moreover, replacement of P atom by the Si atom makes AlPNT more reactive than the replacement of Al atom by the Si atom.     

First-principles study of electronic and optical properties in wurtzite Zn1-xCuxO

We perform a first-principles simulation to study the electronic and optical properties of wurtzite Zn1 xCuxO.The simulations are based upon the Perdew-Burke-Ernzerhof form of generalised gradient approximation within the density functional theory.Calculations are carried out in different concentrations.With increasing Cu concentration,the band gap of Zn1 xCuxO decreases due to the shift of valence band.The imaginary part of the dielectric function indicates that the optical transition between O 2p states in the highest valence band and Zn 4s states in the lowest conduction band shifts to the low energy range as the Cu concentration increases.Besides,it is shown that the insertion of Cu atom leads to redshift of the optical absorption edge.Meanwhile,the optical constants of pure ZnO and Zn0.75Cu0.25O,such as loss function,refractive index and reflectivity,are discussed.     

Anomalous transport effects for the metal and insulator doped La0.833K0.167MnO3 systems

The La_0.833K_0.167MnO₃:Ag₂O and the La_0.833K_0.167MnO₃:SrTiO₃ samples are fabricated by the sol–gel method. The microstructure, magnetic and transportation properties have been systematically studied. X-ray diffraction patterns show that the La_0.833K_0.167MnO₃:Ag₂O (abbreviated as LKMO/Ag) sample is a two-phase composite and consists of a magnetic La_0.833K_0.167MnO₃ (abbreviated as LKMO) perovskite phase and a nonmagnetic Ag metal phase, while the structure of the La_0.833K_0.167MnO₃:SrTiO₃ (abbreviated as LKMO/STO) sample is a homogeneous solid solution phase. Comparing with the pure LKMO sample, the room temperature magnetoresistance (MR) effect for the LKMO/Ag sample is enhanced significantly due to the addition of Ag metal. The MR ratio increases from ∼25% for the pure LKMO sample to 65% for the LKMO/Ag sample under a higher field of 5.5 T at 300 K. For the LKMO/STO sample, however, the room temperature MR effect is weakened dramatically and is almost close to zero due to the addition of SrTiO₃ insulator. In the low temperature regime below the Curie temperature, the MR behaviors are different from that of the room temperature; that is, the MR effect is decreased for the LKMO/Ag sample and increased for the LKMO/STO sample with temperature decrease. In fact, the low-field (μ₀H=0.5 T) MR decreases from 32% to 5% for the LKMO/Ag sample, while increasing from 0.07% to 25% for the LKMO/STO sample with decreasing temperature from 300 to 4 K. The relative change between the intrinsic and the extrinsic MR, and varied roles of the spin-polarized-tunneling and the spin-dependent scattering mechanisms in different temperature regimes are employed to interpret the anomalous transport behaviors.     

水热法祖母绿激光晶体的光谱性质研究

报道了温差水热法生长的祖母绿激光晶体(Cr3+:Be3Al2Si6O18)的光学参量特点.通过对祖母绿晶体的吸收光谱和荧光光谱的测量,计算了晶体场强度Dq、Racah参量B和C, Dq/B≈2.3,说明了祖母绿晶体中的Cr3+离子处于中等晶场.室温下的荧光光谱特点显示4T2→4A2的跃迁为700～840nm的宽带辐射跃迁.此外该晶体的有效声子能量h－ω=409.6cm－1,Huang-Rhys因子S=3.5较小,说明祖母绿的电-声子耦合作用较弱.