高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

为了研究锐钛矿TiO2晶体中高氧空位浓度对电子寿命的影响,利用基于局域密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波超软赝势方法,用第一性原理对含高氧空位浓度的锐钛矿TiO2晶体进行了结构优化处理、能带分布和态密度分布计算,表明在温度一定和高氧空位浓度的条件下,锐钛矿TiO2的电子寿命随氧空位浓度的增大而减小;电子浓度的大小对电子寿命无影响.同时,锐钛矿TiO2晶体中高氧空位浓度时,发现有莫特相变的现象.     

无缺陷PbWO4晶体光学性质的模拟计算

利用完全势缀加平面波局域密度泛函近似研究PbWO4（PWO）晶体的光学性质.计算了完整的PWO晶体的电子结构、复数折射率、介电函数、光电导谱和吸收光谱.介电函数的虚部、吸收光谱、折射率等的峰值位置存在一一对应关系,这与电子从价带到导带的跃迁吸收有关.完整的PWO晶体在可见光范围内没有吸收,所以完整的PWO晶体是无色透明的晶体.     

高氧空位浓度对锐钛矿TiO2莫特相变和光谱红移及电子寿命影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理研究,通过对锐钛矿TiO₂高氧空位浓度、态密度图及吸收光谱图的分析,发现锐钛矿TiO₂高氧空位浓度的条件下,高氧空位浓度对禁带变窄、吸收光谱红移和电子寿命都有很大的影响,从理论上进一步解释了高氧空位浓度对禁带变窄的原因.同时,锐钛矿半导体在高氧空位浓度时发生莫特相变和锐钛矿氧空位在等离子体中吸收光谱红移实验进行比较,发现锐钛矿TiO₂应适量控制高氧空位浓度对吸收光谱红移好于前者.适量控制高氧空位浓度的锐钛矿TiO 关键词： 锐钛矿 高氧空位浓度 吸收光谱红移 第一性原理     

钨酸铅晶体中与氧空位缺陷有关的光学偏振特性

本文利用完全势缀加平面波局域密度泛函近似，计算了含氧空位的PbWO4（PWO）晶体的电子结构，模拟计算了复数折射率及光学参数的偏振特性。比较含氧空位的PWO晶体与完整的PWO晶体的吸收光谱及其偏振特性，得到与氧空位相关的光学偏振特性。结果表明：完整的PWO晶体在可见和近紫外区域内无吸收，而含氧空位的PWO晶体在可见和近紫外区域出现吸收，该吸收谱有2个峰值分别位于370nm和420nm吸收带，它们的峰值位置与实验测得的350nm和420nm吸收带十分接近，由此可见PWO晶体中350nm和420nm吸收带与氧空位的存在有关。     

H_2O分子在锐钛矿型TiO_2(101)表面的吸附特性与微观机理

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法,模拟计算H2O分子在锐钛矿型TiO2(101)无氧空位和有氧空位表面的吸附行为,对吸附能、吸附距离、吸附前后表面电子态密度以及光学性质分别进行分析,结果表明:H2O分子在无氧空位锐钛矿型TiO2(101)表面不容易被吸附,在含有氧空位缺陷的表面容易被吸附;稳定吸附后,H2O分子平面垂直于TiO2表面;负电中心(O端)距空位越近,吸附越稳定,且氧空位浓度越高,吸附效果越明显;通过电子态密度分析发现,H2O分子吸附于含氧空位的表面后,由于H2O分子中O原子的2p孤对电子掺入,新峰值在费米能级附近出现,提高了材料在可见光低能区域的跃迁几率,明显改善了对可见光的吸收系数和反射率,光学气敏传感特性显著.     

高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

为了研究锐钛矿TiO₂晶体中高氧空位浓度对电子寿命的影响,利用基于局域密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波超软赝势方法, 用第一性原理对含高氧空位浓度的锐钛矿TiO₂晶体进行了结构优化处理、能带分布和态密度分布计算, 表明在温度一定和高氧空位浓度的条件下, 锐钛矿TiO₂的电子寿命随氧空位浓度的增大而减小;电子浓度的大小对电子寿命无影响.同时,锐钛矿TiO₂晶体中高氧空位浓度时,发现有莫特相变的现象. 关键词： 高氧空位 2半导体')" href="#">锐钛矿TiO₂半导体 电子寿命 第一性原理     

H2O分子在锐钛矿型TiO2(101)表面的吸附特性与微观机理

近年来,随着着光纤技术和光集成技术的发展,光学气敏湿度传感器被广泛应用,在气敏传感材料领域中,由于TiO2具有灵敏度高、响应时间快等优点而受到广泛关注。本文采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法,模拟计算H2O分子在锐钛矿型TiO2(101)无氧空位和有氧空位表面的吸附行为,对吸附能、吸附距离、吸附前后表面电子态密度以及光学性质分别进行分析,结果表明：H2O分子在无氧空位锐钛矿型TiO2(101)表面不容易被吸附,在含有氧空位缺陷的表面容易被吸附;稳定吸附后,H2O分子平面垂直于TiO2表面;负电中心（O端）距空位越近,吸附越稳定,且氧空位浓度越高,吸附效果越明显;通过电子态密度分析发现,H2O分子吸附于含氧空位的表面后,由于H2O分子中O原子的2p孤对电子掺入,在费米能级附近出现新峰值,提高了材料在可见光低能区域的跃迁几率,明显改善了对可见光的吸收系数和反射率,光学气敏传感特性显著。     

超晶格SnO2掺Cr的电子结构和光学性质的研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用全势线性缀加平面波方法(FPLAPW)和广义梯度近似(GGA)来处理相关能,计算了Cr掺杂SnO₂超晶格的电子态密度、能带结构、介电函数、吸收系数、反射率和折射率.研究表明由于Cr的掺入,超晶格SnO₂在费米能级附近形成了新的电子占据态,出现了不连续的杂质能带,这是由Cr-3d态和O-2p,Sn-5s态电子所形成.介电谱在0—5.5 eV之间时出现了三个新的介电峰,在高能区介电谱主峰位置发生蓝移,峰值强度减小.吸收谱、反射谱和折 关键词： 超晶格 第一性原理 态密度 电子结构     

Fe和Ni共掺杂ZnO的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理研究Fe,Ni单掺杂和(Fe,Ni)共掺杂纤锌矿型ZnO的能带结构、电子态密度分布、介电函数、光学吸收系数,分析了掺杂后电子结构与光学性质的变化.计算结果表明：掺杂体系的费米能级附近电子态密度主要来源于Fe 3d,Ni 3d态电子的贡献;与纯净ZnO相比,Fe,Ni单掺杂和(Fe,Ni)共掺杂ZnO的介电函数虚部均在0.46eV左右出现了一个新峰;Fe,Ni单掺杂和共掺杂ZnO的吸收光谱均发生明显的红移,并都在1.3eV处出现较强吸收峰.结合他人的计算和实验结果,给出了定性的讨 关键词： 氧化锌 掺杂 第一性原理 光学性质     

N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究

用平面波赝势方法(PWP)计算了N掺杂锐钛矿型TiO2前后的光学特性,即介电函数虚部ε2(w),光学吸收系数I(w)和反射率R(w).并从能带结构上解释了为什么掺N后锐钛矿型TiO2的光学谱在2.93,3.56和3.97 eV处相对掺杂前会出现3个峰值的原因.从光谱图上分析得出,掺杂后TiO2要发生红移现象,实验现象证实了这一结果.     

掺Ge锐钛矿相TiO_2光学性质的计算

合理的掺杂是改善TiO_2活性,使其光催化性能在可见光照射下发挥作用的最有效途径之一,本文利用基于密度泛函理论的第一原理全电势线性缀加平面波方法计算掺Ge锐钛矿相TiO_2介电函数的实部、虚部和光学吸收系数.计算结果显示掺Ge锐钛矿相TiO_2介电函数虚部谱发生蓝移,与实验趋势相符;通过不用剪刀算符和固定晶格常数两方案研究掺Ge前后光谱的平移,得到蓝移是由于Ge原子替代Ti原子后晶胞体积减小造成.     

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     

Mg掺杂CdSe电子结构和光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,计算了纤锌矿结构Cd1-xMgxSe(x=0,0.125,0.250,0.375)的电子结构和光学性质。结果表明,不同系统的价带顶都主要由Se4p态决定,其位置基本不变;导带底由Se4 s态和Cd5 s共同决定,并且随着掺杂浓度的增加向高能区移动,结果使得带隙展宽,由此使得系统介电函数虚部的峰值和折射率实部的峰值随掺杂浓度的增大而蓝移,计算结果与实验符合。     

Electronic structure and optical properties of CdWO4 with oxygen vacancy studied from first principles

The electronic structures, dielectric functions and absorption coefficient of both perfect CdWO₄ crystal (CWO) and the CWO crystal containing oxygen vacancy (CWO: V _O) have been studied using the CASTEP code with the lattice structure optimized. The calculated total density of states (TDOS) of CWO: V _O indicates that the oxygen vacancy would introduce a new electronic state within the band gap compared with that of perfect CWO. The dielectric functions are calculated since the imaginary part of the dielectric function can reduce the optical absorption of a certain crystal, and then the absorption coefficient is calculated. The calculated absorption spectra show that CWO: V _O exhibits two absorption bands in the ultraviolet and visible region, peaking at about 3.0 eV (413 nm) and 3.5 eV (354 nm), respectively, which are in agreement with the experimental results showing that the yellow CWO has two optical absorption bands in this region peaking at around 350 nm and 400 nm respectively. It can be concluded that oxygen vacancy causes these two absorption bands. The calculations also indicate that the optical properties of CWO exhibit anisotropy, and can be explained by the anisotropy of the crystal lattice.     

Ta掺杂对ZnO光电材料性能影响的研究

采用基于密度泛函理论第一性原理的方法, 研究了Ta掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 计算结果表明: 掺入Ta原子后, 费米能级进入导带, 随着掺杂浓度的增加, 带隙逐渐变窄, 介电函数虚部、吸收系数、反射率和折射率均发生明显变化, 介电函数虚部和反射率均向高能方向移动, 吸收边发生红移, 从理论上指出了光学性质和电子结构的内在联系.     

Electronic structures and optical properties of TiO₂:Improved density-functional-theory investigation

TiO2 has been recently used to realize high-temperature ferromagnetic semiconductors.In fact,it has been widely used for a long time as white pigment and sunscreen because of its whiteness,high refractive index,and excellent optical properties.However,its electronic structures and the related properties have not been satisfactorily understood.Here,we use Tran and Blaha’s modified Becke-Johnson(TB-mBJ) exchange potential(plus a local density approximation correlation potential) within the density functional theory to investigate electronic structures and optical properties of rutile and anatase TiO2.Our comparative calculations show that the energy gaps obtained from mBJ method agree better with the experimental results than that obtained from local density approximation(LDA) and generalized gradient approximation(GGA),in contrast with substantially overestimated values from many-body perturbation(GW) calculations.As for optical dielectric functions(both real and imaginary parts),refractive index,and extinction coefficients as functions of photon energy,our mBJ calculated results are in excellent agreement with the experimental curves.Our further analysis reveals that these excellent improvements are achieved because mBJ potential describes accurately the energy levels of Ti 3d states.These results should be helpful to understand the high temperature ferromagnetism in doped TiO2.This approach can be used as a standard to understand electronic structures and the related properties of such materials as TiO2.     

含有吸收材料对称结构一维三元光子晶体的透射谱

利用传输矩阵法理论,研究含吸收材料对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明:当各层介质无吸收时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质的折射率为带有正虚部的复数,即介质存在吸收时,禁带中的透射峰出现明显的透射衰减,且随着复折射率虚实比β的增大透射率出现单调衰减规律;当单个介质存在吸收时,随着各介质折射率虚实比的增大,透射率的衰减速度存在各异,其中以C介质的折射率虚实比βc对透射峰透射率的影响较大,其次为B,A的影响相对较小;当所有介质同时存在吸收时,透射衰减最为明显。这些特性为光学衰减器的设计提供理论指导意义。     

Theoretical studies on the structural, electronic, and optical properties of Ag2HgSnSe4

We investigate the electronic structure of Ag₂HgSnSe₄ in a wurtzite-stannite structure with the first principles method. This crystal is a direct band-gap compound. In addition the dielectric function, absorption coefficient, reflectivity, and energy-loss function are studied using the density functional theory in the generalized gradient approximation. We discuss the optical transitions between the valence bands and the conduction bands in the spectrum of the imaginary part of the dielectric function at length. We also find a very high absorption coefficient and a wide absorption band for this material. The prominent structures in the spectra of reflectivity and the energy-loss function are discussed in detail.     

Theoretical studies on the structural, electronic, and optical properties of Cu2CdGeSe4

We investigate the electronic structure for Cu₂CdGeSe₄ in stannite structure with the first-principles method. This crystal is the direct band gap compound. In addition, the dielectric function, absorption coefficient, reflectivity, and energy-loss function are studied using the density functional theory within the generalized gradient approximation. We discuss the optical transitions between the valence bands and the conduction bands in the spectra of the imaginary part of the dielectric function at length. We also find a very high absorption coefficient and wide absorption spectrum for this material. The prominent structures in the spectra of reflectivity and energy-loss function are discussed in detail.     

不同浓度Cu掺杂AlN的电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势和广义梯度近似的第一性原理计算方法,对理想纤锌矿AlN及不同浓度的Cu掺AlN的超晶胞结构进行了几何优化,计算并分析了它们的电子结构、磁电性质和光学性质.结果表明,掺杂后Cu3d态电子与其近邻的N2p态电子发生杂化,在带隙中引入杂质带,6.25%和12.5%的Cu掺杂体系表现出半金属铁磁性,体系总磁矩分别为2.56μв和2.42μв,25%的Cu掺杂体系表现出金属性.随着Cu浓度的增加,体系铁磁性反而减弱.Cu掺杂后体系介电函数虚部和复折射率函数在低能区发生明显变化,增强了体系对低频电磁波的吸收.当Cu浓度增加时体系对高频电磁波的吸收也随之加强.