磁控溅射辉光放电特性的模拟研究

采用二维、自洽的PIC/MCC (particle-in-cell with Monte Carlo collision) 方法,模拟了磁控溅射辉光放电过程, 重点讨论了工作参数对放电模式和放电电流的影响. 模拟结果表明, 当工作气压由小到大或空间磁场从强到弱变化时, 放电模式会从阴极空间电荷主导的放电模式过渡到阳极空间电荷主导 的放电模式.在过渡状态,对应的工作气压与磁通密度分别为0.67 Pa和0.05 T; 随着工作气压的增大,放电电流先增大后趋向平衡,当工作气压超过2.5 Pa时,电流开始随工作气压的增大而减小; 而阴极电压增大时,放电电流近似线性增加.     

硼、铝和镓掺杂对硅纳米管电子结构和光电性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了本征硅纳米管（SiNTs）的几何结构,以及Ⅲ族元素B、Al、Ga掺杂对单壁锯齿型（14,0）SiNTs稳定性、电子结构和光学性质的影响。结果表明,褶皱型SiNTs为SiNTs稳定存在的结构,B、Al、Ga掺杂能够提高SiNTs的稳定性。本征（14,0）SiNTs属于窄带隙金属材料,通过B、Al、Ga的分别掺杂,SiNTs的带隙变宽,实现了SiNTs从金属性向半导体性质的转变。随着Ⅲ族元素原子序数的增大,其掺杂体系的稳定性不断降低,相应的带隙也不断减少。B、Al、Ga掺杂的单壁锯齿型（14,0）SiNTs具有近乎一致的光学性质,对于紫外光有着很强的吸收特性,并且对于红外和可见光吸收也有着不错的提升。     

碳纳米管封装Si20团簇的热稳定性研究

用分子动力学方法模拟一种特殊结构Si20 (表面异构的硅十二面体结构)填充到不同管径的扶手椅型碳纳米管中组成复合结构的热稳定性。通过能量分析和定量统计缺陷多边形数量等方法来研究这种结构在碳纳米管中的稳定性和结构演变情况。研究发现Si20的热稳定性和碳纳米管的直径关系密切;其在CNT(15, 15)中的热稳定性最好,当管径逐渐增加时,其热稳定性呈下降趋势;直至管径增加到CNT(21, 21),碳纳米管对Si20的空间限制作用变得很小,以至于不足以维持Si20的稳定。此外,Si原子因热振动替换碳纳米管中C原子而形成十二边形缺陷,这对碳纳米管的热稳定性有着明显的降低作用。     

基于狭义相对论转动质量效应的X-ray光谱分析

基于狭义相对论的基本观点,研究了特征X-ray的产生机理,分析了在狭义相对论下转动质量效应对X-ray光谱的影响,导出了一个计算X-ray特征波长的公式,同时对计算推导的特征波长值做了系统的误差分析,得到了相对误差的规律。结果表明,计算推导的波长值与实验的波长值相比是非常的接近的,并且随着原子序数的增加,转动质量效应对特征波长的影响越来越明显,研究结果在实际应用中对分析特征X-ray光谱具有一定的参考意义。     

基于灰色马尔科夫模型的团簇数量演变预测方法

本文以分子动力学方法模拟液态Si的凝固过程为基础,首次建立基于马尔科夫修正的灰色预测模型对不同团簇的演变过程进行分析,利用该模型对液态Si降温过程中团簇数量的变化进行预测。结果证实应用灰色马尔科夫模型在对团簇结构的演变预测是可行的,采用马尔科夫链预测方法能提高预测结果的准确性,该方法能有效描述凝固过程中团簇的形成和演变的整体变化规律,为研究材料微观结构演变提供了一种新的思路和方法。     

碱土金属X（X=Be，Mg，Ca和Sr）掺杂二维SnS2材料的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理研究赝势平面波方法，计算了碱土金属X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂二维单层SnS₂的电子结构、磁学性质和光学性质.结果表明：S-rich条件下的体系相较于Sn-rich更稳定，能带结构表明：在Be掺杂后，SnS₂体系从自旋向上通道和自旋向下通道完全对称的非磁性半导体转变为具有1.999μ_B磁矩的磁性半导体.在Mg掺杂后，体系转变为非磁性P型半导体；Ca和Sr两种掺杂体系由于极化程度的不同，导致在下自旋通道的能带穿过费米能级，而在上自旋通道的能带并未穿过费米能级，呈现出磁矩分别为1.973、2.000μ_B的半金属特性.同时发现X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂后，掺杂体系实部静态介电常数大幅度增加，掺杂后的SnS₂体系的极化能力增强，虚部数值在低能区明显变大，更适用于长波长光电器. Be, Mg, Ca和Sr掺杂不仅导致吸收边红移，而且提高了红外光区域的有效利用率.     

稀土元素Lu，Sc掺杂GaN光电特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论，采用广义梯度近似（GGA+U）平面波超软赝势方法，计算了本征GaN和稀土元素Lu、Sc掺杂GaN体系的电子结构和光学性质.结果表明：计算得到本征GaN的禁带宽度为3.37 eV，与实验值（3.39 eV）接近. Lu掺杂后GaN体系带隙变窄，而Sc掺杂后诱导了深能级杂质，带隙变宽，但仍为直接带隙半导体.掺杂后体系均发生畸变，晶格常数和体积增大，且在费米能级附近产生杂质带. Lu、Sc掺杂GaN体系的静态介电常数较本征GaN（4.50）均有所增大.Lu、Sc掺杂后体系介电常数虚部整体左移，光吸收边往低能方向移动，发生了红移现象.计算结果对稀土元素Lu、Sc掺杂GaN高压光电材料的开发和研究提供了理论依据.     

二维MoSi2N4WSe2异质结的第一性原理研究

实验上新合成的MoSi2N4（MSN）由于其独特的七原子层结构和电子特性引起了人们的广泛关注。本文搭建了一种由二维MSN与二维WSe2（WS）垂直堆垛而成的二维MSN/WS异质结，其表现出直接间隙半导体和I型能带排列的特性，具有1.46 eV的带隙。在异质结界面处存在一个由电荷耗尽层MSN指向电荷积累层WS微弱的内建电场。最后，通过施加双轴应变对二维MSN/WS异质结进行调控。发现在正双轴应变的作用下，MSN/WS异质结保持了原来直接带隙半导体和I型能带排列特性；在负双轴应变作用下，MSN/WS异质结由原来的直接带隙半导体转变为间接带隙半导体，当施加的负双轴应变达到-6%与-8%时，I型能带排列转变为Ⅱ型能带排列。     

过渡金属元素X（X=Mo，Tc，Ru）掺杂单层GaS的第一性原理研究

近年来，二维GaS由于其优异的性质引起了科研人员的关注.基于密度泛函理论计算了过渡金属元素X(X=Mo, Tc, Ru)掺杂单层二维GaS的电子结构、磁性性质及光学性质.计算结果表明：单层GaS材料为间接带隙的非磁性半导体，在对S位点进行替位式掺杂后，Ga-rich和S-rich条件的形成能均为正数，导致过渡金属元素Mo、Tc和Ru不能自发地进入进入单层GaS材料中.所有掺杂体系都引入了杂质能级，杂质能级主要由掺杂原子的4d轨道贡献.掺杂后所有体系的带隙都有所减小，上自旋和下自旋的能带结构不再对称，使得Mo掺杂体系呈现半金属铁磁性，Tc和Ru掺杂体系呈磁性半导体特性，Mo、Tc和Ru掺杂后的总磁矩分别为4μ_B, 3μ_B和2μ_B,磁矩主要由掺杂原子的局域磁矩产生.掺杂后单层GaS的静介电常数得到提高，吸收谱出现红移，在可见光区和近红外区的吸收系数变大，对可见光的利用率增强.     

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.