Ag,O共掺实现p型氮化铝纳米管电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理的平面波超软赝势法对(6, 0)单壁氮化铝纳米管、Ag掺杂,以及Ag和O共掺纳米管进行了几何结构优化。计算讨论了掺杂前后氮化铝纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度。研究显示:本征氮化铝纳米管、Ag掺杂和Ag-O共掺氮化铝纳米管的带隙分别为2.49 eV、1.84 eV和1.80 eV。掺杂构型仍然保持半导体特性,Ag掺杂氮化铝纳米管的价带顶贯穿费米能级从而形成简并态,实现了氮化铝纳米管的p型掺杂,但Ag-4d态和N-2p态电子轨道间有强烈的杂化效应,Ag的单掺总体上是不稳定的。O掺入后,Ag与O之间的吸引作用克服了Ag原子之间的排斥作用,使Ag在氮化铝纳米管中的掺杂更加稳定;共掺纳米管体系的带隙相较于单掺纳米管体系更加窄化,导电性进一步增强。Ag和O共掺有望成为获得p型氮化铝纳米管的有效方法。     

Janus型二维磁电材料CrXX’(X/X’=S,Se,Te)第一性原理研究

自石墨烯被发现以来,各种具有新奇特性的二维材料受到了越来越多的关注。Janus型二维材料具有不对称的表面特性,这种特殊的结构往往具有独特的电学、磁学与光学性质,使其成为近年来材料科学领域研究的热点。本文搭建了Janus型结构CrXX’(X/X’=S,Se,Te)(CrSSe, CrSTe, CrSeTe),研究了体系的电学、磁学、光学性质,并探究了双轴应变对其电学、磁学、光学性质的影响。结果表明,CrSSe、CrSTe与CrSeTe均呈现金属性,都是电子的优良导体,三种体系的电子结构对外加应变具有很好的鲁棒性。CrXX’(X/X’=S,Se,Te)具有本征铁磁性,并且通过施加双轴应变可对其磁矩进行调控。此外,三种体系均具有较高的居里温度,特别是CrSTe的居里温度可达310 K。CrXX’(X/X’=S,Se,Te)还具有优异的可见光与紫外光吸收性能,应变可对其光吸收系数进行调控,并且压应变与拉应变可分别使其吸收谱线向短波与长波方向移动。本文的工作为进一步研究二维Janus单层CrXX’(X/X’=S,Se,Te)在新型室温自旋电子器件领域的应用提供了理论支持。     

Ru掺杂MoS2对SO2F2和H2S气体吸附的第一性原理研究

本文基于第一性原理探讨了Ru掺杂的单层MoS₂(Ru-MoS₂)的结构及其对SF₆绝缘设备中的两种主要分解气体SO₂F₂和H₂S的传感和吸附行为。Ru原子进入硫空位从而产生Ru-MoS₂,结果表明，Ru-MoS₂对SO₂F₂和H₂S气体的吸附能(E_ad)分别为-1.52和-2.11 eV,属于化学吸附。通过能带分析(BS)和态密度(DOS)分析进一步证明了两个体系的吸附性能，并阐述了Ru-MoS₂用于电阻式气体传感器时的气体吸附传感机制。除此之外，本文在理论上探索了不同温度下Ru-MoS₂解吸附SO₂F₂和H₂S的恢复时间，在598 K温度下，SO₂F₂吸附体系的恢复时间为6...     

掺杂Fe对VH2解氢性能影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面波超软赝势方法,研究了Fe掺杂对VH₂的电子结构和解氢性能的影响.通过计算Fe掺杂VH₂前后体系的合金形成热、V-H之间的重叠布居数、电子态密度、电子密度,发现Fe掺杂VH₂后,随着Fe含量增加,合金体系的晶胞参数和晶胞体积逐渐减少;体系的负合金形成热逐渐减少,且掺杂后体系的负合金形成热都比VH₂的负合金形成热小,体系的稳定性降低;电子态密度计算也显示Fe掺杂后费米能级处的电子浓度增加,体系稳定性降低;重叠布居数和电子密度计算表明掺杂后V-H之间的重叠布居数由0.1减小为0.08或0.09,V-H之间的电子密度减少,说明V和H原子之间的相互作用减弱,提高了VH₂的解氢性能.计算结果解释了实验现象. 关键词： Fe掺杂 电子结构 解氢性能 第一性原理计算     

Mg-TM-H (TM=Sc,Ti, V,Y, Zr,Nb)晶体形成能力和电子性能

基于密度泛函理论的第一性原理的Vienna Ab initio Simulation Package (VASP)软件系统研究了Mg₇TMH₁₆ (TM=Sc, Ti, V, Y, Zr, Nb)的晶体结构和电子性能. 分析了结合能和形成焓,计算得到的结合能显示Mg₇TiH₁₆和Mg₇NbH₁₆的稳定性最强,形成焓的变化表明Mg₇TMH₁₆具有比MgH₂更低的分解温度,电子态密度显示Mg₇TMH₁₆表现出明显的金属特性. 关键词： 第一原理 7TMH₁₆ (TM=Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb)')" href="#">Mg₇TMH₁₆ (TM=Sc,Ti,V,Y,Zr,Nb) 结合能 形成焓     

First-principle investigation of the electronic and magnetic properties of PbMn（SO4）2

The magnetic properties of oxide PbMn(SO₄)₂ consisted of MnO₆ octahedra which connected with each other through SO₄ tetrahedra, are well studied in experiments. In this paper, we explored its interesting electronic and magnetic properties with first-principle calculations. Our results show that all Mn ions have high spin states, namely, S = 5/2, and the magnetic couplings between NN and NNN are antiferromagnetic, which agree well with the experimental results. Besides, the surprising results of spin exchange interactions between the NN and NNN are excellently explained with extended Hückel tight-binding calculations.     

六方Fe2Ge合金块体及其(001)表面电子结构和磁性的第一性原理

采用基于密度泛函理论第一性原理的赝势平面波方法,计算了块体Fe₂Ge及其(001)表面的电子结构和磁性。考虑了两种类型的终端(001)表面:Ge(Ⅰ)-(001)表面和Ge(Ⅱ)-(001)表面。电子结构方面,不同类型的Fe₂Ge(001)表面都表现出金属特性,这与块体的金属性保持一致。通过计算它们的自旋极化率,得出Ge(Ⅰ)-(001)表面的自旋极化程度最高。磁性方面,在块体和Ge(Ⅱ)-(001)表面的Ge原子是铁磁自旋有序的,而在Ge(Ⅰ)-(001)表面第一层的Ge原子是亚铁磁自旋有序的。此外,Ge(Ⅱ)-(001)表面Ge原子的自旋磁矩优于块体中和Ge(Ⅰ)-(001)表面Ge原子的自旋磁矩。这些结果与Fe的d态和Ge的p态电子的杂化有关,本文中通过分析它们的态密度进行了讨论。     

新型二维铜族硫族化合物的研究进展

二维材料因其纳米级尺寸、超凡的电子特性、出色的机械性能等,被视为下一代信息器件的理想材料。随着外延生长等自下而上制备方法以及材料计算方法的发展和提高,越来越多的体相非层状的二维材料被制备和发现。近年来在信息器件等领域具有应用潜力的体相非层状的二维铜族(11族)硫族化合物得到广泛关注,铜族元素位于化学元素周期表中的11族,主要包括铜、银和金等元素。本文综述了二维铜族硫族化合物的研究进展,以化学计量比为主线,将二维铜族硫族化合物分为MX单层(M=Cu,Ag,Au;X=O,S,Se,Te)、M₂X单层以及其他化学计量比的铜族硫族化合物单层。从实验合成和理论模拟两个角度出发,对二维铜族硫族化合物原子结构、能带结构、电学特性等进行介绍。从现有的报道来看,体相非层状的新型二维铜族硫族化合物不仅包含半导体、金属等电子性质,还表现出拓扑、磁性等丰富的新奇物性,是一类值得关注的新型二维功能材料。     

非金属元素(F,S, Se,Te)掺杂对ZnO/graphene肖特基界面电荷及肖特基调控的理论研究

本文基于第一性原理系统研究了非金属元素F、S、Se、Te掺杂对ZnO/graphene异质结界面相互作用及其电子结构的影响。结果表明,ZnO/graphene异质结层间以范德瓦耳斯力结合形成了稳定的异质结,并且形成了n型肖特基势垒。差分电荷密度图表明graphene层的电子向ZnO层转移,使得graphene层表面带正电,ZnO层表面带负电,在界面处形成了内建电场。当掺入F原子时,异质结呈现欧姆接触;当掺入S、Se、Te原子时,异质结肖特基的接触类型均由n型转变为p型,且有效降低了肖特基势垒的高度,特别是Te原子掺入后,p型肖特基势垒高度降低至0.48 eV,提升了电子的注入效率。本文的研究结果将对相关的场效应晶体管的设计和制造提供一定的参考。     

p型4H-SiC单晶衬底表征及第一性原理计算

p型4H-SiC是制备高功率电力电子器件的理想衬底材料,但由于工艺技术的制约,国内尚无能力生产高质量、大尺寸、低电阻的p型4H-SiC单晶衬底。本文使用物理气相传输(PVT)法制备了直径为4英寸(1英寸=2.54 cm)Al掺杂的p型4H-SiC单晶衬底。通过KOH腐蚀表征样品位错密度,使用高分辨X射线衍射(HRXRD)表征其晶体质量,利用拉曼光谱扫描确定其晶型,采用非接触式电阻测试仪测试其电阻率。结果表明,衬底整体位错密度较低,结晶质量良好,晶型稳定且衬底全片电阻率小于0.5 Ω·cm。通过第一性原理平面波超软赝势方法对本征4H-SiC及Al元素掺杂后样品的体系进行能带结构、电子态密度的计算。结果表明Al掺杂后样品禁带宽度减小,费米能级穿过价带,体现出p型半导体的特征。研究结果为大规模生产高质量、低电阻的p型4H-SiC衬底提供思路。