体积应变对立方钛酸铅电子结构和光学性质的影响

本文利用第一性原理方法计算并分析了体积应变(-11%~11%)对立方顺电相PbTiO₃的结构、稳定性、电子结构和光学性质的影响。研究发现体积应变后PbTiO₃形成焓增大,稳定性下降,其中压应变对其稳定性的影响比拉应变大。当受到拉伸应变时,立方PbTiO₃由直接带隙半导体变为间接带隙半导体,且带隙随应变增大呈先增大后降低的趋势。在发生压应变时,从复介电函数、复折射率及吸收系数的分析结果可知,在自然光照下PbTiO₃的光吸收能力仅在个别波段有所增大,但总体呈减弱趋势,当产生拉伸应变时,介电峰、吸收峰红移,表明PbTiO₃在可见光范围内光吸收能力增强,并且当应变增大到11%时,PbTiO₃的吸收能力远高于本征立方相。     

Mg~(2+)掺杂锰酸锂的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法对Mg~(2+)掺杂锰酸锂的晶格常数与能带结构、态密度、键布居进行计算和分析,计算结果表明:掺杂Mg~(2+)后将会促使Mn、 O原子的电荷重新分布且其相互作用加强,能带带隙减小,费米能级附近的带数增加,费米能由-1.29 eV增加到-1.02 eV, Mn、 O、 Mg在总态密度中贡献比较大,锂离子贡献比较小且峰型尖锐局域化严重,提高了Li~+的扩散效率, Mn—O键变短,共价性增强,形成的共价键较稳定,其相互作用形成的骨架较稳定不易坍塌.从而提高了材料的循环充放电性能和电池使用寿命.     

复合卤氧化铋纳米材料的合成及其光催化性能

采用低温沉淀法合成了一系列Bi OMxN1-x(M,N=Cl、Br、I)(0X1)复合材料,通过XRD、FESEM、TEM、EDS、UV-vis和PL等一系列表征和对有机物罗丹明光催化降解性能的研究表明:通过对复合材料合成过程中卤素离子含量的控制,使得此类固溶体具有独特的微观形貌和可控能带隙,使其在可见光下具有独特的光催化性能。在相同的光照条件下,Bi OCl0.5Br0.5、Bi OCl0.75I0.25和Bi OBr0.75I0.25相对于其他同系列的Bi OMxN1-x(M,N=Cl、Br、I)(0X1)微球样品而言,具有最好的光催化性能。     

应变调控单层氧化锌能带结构的第一性原理研究

The effect of strain on the band structure of the ZnO monolayer has been investigated by firstprinciples calculations based on density functional theory. The results reveal that the band structure of the ZnO monolayer presents different dependences on three types of strain. The band gap linearly and steeply varies under uniaxial zigzag compressive strain and armchair tensile strain, while it shows nonlinear dependence on the other types of strain. Therefore, uniaxial zigzag compressive strain and armchair tensile strain should be the most effective to tune the band gap. This work has significant implications for application of strain to tune the optical and catalytic properties of ZnO nanofilms.     

界面偶极如何影响有机与钙钛矿太阳电池的能带结构与性能

界面能带结构是指界面处电子能带的弯曲和倾斜。它能显著影响载流子的产生、注入、分离、传输、复合和收集等过程,是半导体光电子器件性能的重要影响因素。因此,优化界面能带结构、调控器件性能与工作机理是光电子器件领域的核心课题之一。如果将一组相距很近的正负点电荷肩并肩排列所组成的偶极层插入器件界面,电势能穿过偶极层时会发生突变,将能有效调控界面能带结构和载流子运动过程。     

基于二维材料WX_2构建的范德华异质结的结构和性质及应变效应的理论研究

二维材料过渡金属硫属化物(TMDs),因其优越的物理化学特性及其在光电子器件、光催化等领域的潜在应用价值,得到了人们的广泛关注。基于TMDs材料可以构建具有不同性能的范德华(vdW)异质结,但构建的异质结由于其固有的能带带隙大小限制了其在全光谱上的响应,因而对其能带带隙调控变得十分重要。本文基于第一性原理方法系统地研究了WX_2 (X=S, Se, Te)从单层到体相的结构和性质,以及由此组装的vdW异质结构WS_2/WSe_2、WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2的结构和性质以及应力应变对异质结构的能带带隙的影响。结果表明:结合HSE06泛函和自旋轨道耦合(SOC)效应的计算方案可以精确描述WX_2体系;异质结构WS_2/WSe_2,WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2呈现type-II能带分类;在施加单轴或双轴的应力应变后,能带带隙大小发生相应改变,当晶格形变大于4%后,异质结构由半导体特性变成具有金属性。这些研究为光电子器件的设计提供了重要的指导意义。     

层数调控磷烯能带与光学性质的研究

近年来,黑磷作为兼具石墨烯和过渡金属硫化物之长的新型二维材料而倍受关注.本文基于密度泛函理论,研究了不同厚度黑磷的电子结构与光学性质.结果表明,黑磷的性质与其厚度密切相关,可通过厚度调整实现能带与光学性质的可调控性.层间相互作用导致费米能级附近价带和导带的劈裂,是造成黑磷带隙随层数减小的根本原因.黒磷的静态折射率和静态反射率的大小均随层数的增大有增大的趋势,并且各层黑磷的反射峰均位于紫外光波段.黑磷对光的吸收涵盖了可见光到紫外光区域,对光的损失范围小于4eV.本文基于能带图和分波态密度图,从电子跃迁的角度分析了黑磷各项光学性质的变化情况,旨在为黑磷的带隙及光学性质层数可调控性提供理论依据.     

Nb-X(X=Y,Zr)共掺杂SnO_2电子结构的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法研究了Nb-X(X=Y,Zr)共掺杂SnO_2能带结构与态密度,探讨了其磁性产生的机理.研究结果表明,Nb-Y共掺杂SnO_2体系自旋向上和自旋向下的能带、态密度完全对称,总磁矩为0μB;Nb-Zr共掺杂的SnO_2体系自旋向上和自旋向下的能带与态密度在费米能级处都出现了不对称的情况,出现耦合现象,其总磁矩为0.933μB;分析Nb-Y共掺杂SnO_2的能带结构与态密度得到自旋向上和自旋向下的能带禁带中的4条杂质能级来源于Nb-Y共掺杂SnO_2电子的施主与受主能级;NbZr共掺杂SnO_2体系产生磁性的原因在于Nb和Zr的d轨道的引入.     

锯齿型石墨烯纳米窄带中量子霍尔体系的电场调控

应用含自洽格点在位库仑作用的Kane-Mele模型,研究锯齿型石墨烯纳米窄带平面内横向电场对边界带能带结构和量子自旋霍尔(QSH)体系的影响.研究结果显示,当电场强度较弱时,外加电场的方向可以调控自旋向下的两个边界带一起朝不同方向移动,导致波矢q=0.5处自旋向下的两个纯边界态的能量简并劈裂方向可由电场调控;当电场强度进一步增强到超过0.69 V/nm,自旋向下的两个边界带出现较大带隙,能带反转,而自旋向上的电子结构无能隙,系统呈现半金属性,同时QSH体系不再是B类.特别当电场强度为1.17 V/nm时,在自旋向下能带的能隙中,q=0.5处存在自旋向上的纯边界态,意味着在8格点边界处可以产生自旋向上的纯边界电流.当电场强度持续增加时,QSH系统从B类到C类经历3个阶段的变化.当电场强度超过1.42 V/nm后,自旋向上的两个边界带也出现能带反转,分别成为导带和价带,系统成为C类的普通量子霍尔体系.     

Y,Zr,Nb掺杂SnO_2电子结构的第一性原理研究

本文基于第一性原理方法研究了Y,Zr,Nb在Sn位掺杂SnO_2的键长变化、稳定性、能带结构以及态密度.结果表明:Y,Zr,Nb在Sn位掺杂SnO_2使附近的键长发生改变,改变量最大是Y掺杂SnO_2体系;掺杂体系的杂质替换能都为负值,表明体系为稳定结构;掺杂使SnO_2能级增多,能较好的调节带隙值;而Y掺杂SnO_2体系价带顶端有一条能级越过了费米线表明该体系呈现出半导体的特征;同时,Y,Zr,Nb掺杂SnO_2使导带底端的能级出现分离;在低能区的态密度仍主要由Sn、O的s轨道贡献;在高能区态密度的掺杂体系出现sp杂化的现象; Zr掺杂SnO_2的态密度能量向低能区移动.