理论设计ZnTiS3化合物光电性能的第一性原理计算

根据实验上合成LiNbO₃(LN)构型的ZnTiO₃铁电化合物,基于第一性原理的方法设计研究了化合物LN-ZnTiS₃(LN构型)的特性。计算结果表明LN-ZnTiS₃化合物满足力学稳定条件。根据化学势平衡相图分析,LN-ZnTiS₃在常压下不会形成稳定结构,但施加外部压力可以形成稳定结构。电子态密度和带隙的计算结果表明,LN-ZnTiS₃的价带顶(VBM)主要由S-p轨道组成,导带底(CBM)则由Ti-d轨道组成,硫原子的替代可以促进体系费米能级以上的电子状态大幅度下降到较低的能级,从而减小LN-ZnTiS₃的带隙。LN-ZnTiS₃的带隙计算值为1.04 eV,可以促进可见光的吸收,可以看出LN-ZnTiS₃是一种潜在的高效率光伏材料。     

ZnO/GaN核/壳异质结纳米线能带结构和电荷分离的理论研究

采用密度泛函第一性原理的方法计算了 GaN纳米线、ZnO纳米线及其核/壳纳米线结构的能带结构,价带顶(VBM)和导带底(CBM)的电荷分布.计算表明本征GaN和ZnO纳米线材料VBM和CBM所对应电荷分布较为分散,且与直径关系不大,形成不了II型半导体电荷分离效应.GaN和ZnO组成的核/壳纳米线均保持本征GaN和ZnO纳米线的直接带隙性质.在ZnO包裹GaN的核壳纳米线结构中,不同比例的ZnO和GaN之间电荷转移均不明显, VBM和CBM电荷分布基本都是由壳层的ZnO的O原子占据,难于实现VBM和CBM电荷空间分离.在GaN包裹ZnO的核壳纳米线结构中,VBM电荷和CBM电荷分布分别主要由壳层的N原子占据和核层的O原子占据,同时ZnO和GaN之间的电荷转移量相对较大,容易形成较大的核壳内置电场,有利于促进空间电荷分离,并且随着ZnO的比例增加电荷转移量也相应增加,能有效的促进电荷分离有利于制备成 II型半导体.     

理论研究Stone-Wales缺陷和C掺杂对手性BN纳米带的带隙调控

通过第一性原理密度泛函理论的方法,研究了Stone-Wales 缺陷和C掺杂对手性BN纳米带的带隙调控.结果表明,Stone-Wales 缺陷使得BN纳米带的价带顶(VBM)和导带底(CBM)的占据态发生变化,从而引入了缺陷能级降低了带隙,但Stone-Wales 缺陷的个数对带隙的大小影响不明显.电子结构计算表明,带Stone-Wales 缺陷的BN纳米带的缺陷能级主要是由VBM附近形成N-N原子的类π键轨道和CBM附近形成B-B原子的类σ键分布决定.通过在带Stone-Wales 缺陷的BN纳米带中引入C掺杂改变杂质能级的分布,在VBM附近形成了C-C原子的类σ键轨道和CBM附近形成了C-B原子的类σ键,这样可以进一步降低BN纳米带的带隙,拓展了BN纳米带的应用.     

基于 Ma t l a b的牛顿环实验仿真研究

基于 Ma t l a b对牛顿环干涉实验进行了仿真. 仿真过程中, 通过改变入射光波长、 透镜曲率半径、 介质折 射率以及薄膜厚度等参数观察到清晰的牛顿环干涉现象及其变化规律, 并通过理论验证了仿真结果的合理性, 证 实了 Ma t l a b仿真可以作为实验的有效补充     

仿真技术在大学物理及实验教学中 的应用与探索

计算机辅助教学是课堂及实验教学的一种重要补充方式. 基于对大学物理实验中光学实验的仿真研 究现状, 介绍了几种常用仿真软件的应用进展, 并比较了这几种仿真软件的优劣, 为进一步完善和改进实验仿真技 术及相关工作提供参考     

理论研究菱形结构ZnXO3(X=Ge,Sn和Pb)的力学性质

采用第一性原理的方法计算了菱形结构ZnXO3(X=Ge,Sn和Pb)的弹性系数,进一步研究了材料的力学性质,包括计算其力学稳定性,体模量B,剪切模量G,杨氏模量E,泊松比v和硬度等的力学参数.计算结果显示,菱形结构ZnXO3(X=Ge,Sn和Pb)均满足力学稳定条件;ZnGeO3的抗形变能力最强,硬度和刚度最大,但延展性较差;ZnPbO3的抗形变能力最弱,硬度和刚度最小,但具有较好的延展性.另外,计算了材料的力学各向异性系数,结果表明ZnPbO3的力学各向异性效果较为明显.Bader电荷计算结果表明Ge-O,Sn-O和Pb-O主要形成离子键和部分共价键,同时Ge-O键的离子键和共价键的比例介于Sn-O键和Pb-O键之间,与元素的电负性关系吻合.Ge-O,Sn-O和Pb-O键长依次变大,相互作用逐渐减弱,力学性能相应地降低.本文的研究结果可以对菱形结构ZnXO3在相关力学方面的应用提供重要的参考依据.     

第一性原理研究InFeO3和In2FeCrO6的电子结构和光吸收性质

采用基于第一性原理的密度泛函理论和Hubbard修正方法(DFT+U)计算了多铁材料InFeO3和In2FeCrO6的电子结构和光吸收性质.计算结果表明,Cr掺杂InFeO3的形成能比BiFeO3要低,相对容易完成掺杂,In2FeCrO6带隙宽度相对本征InFeO3没有明显的变化,但能带的色散变小,促进了可见光吸收.通过态密度分析可知,In2FeCrO6中CBM的Fe-3d能级比InFeO3的CBM的Fe-3d能级占据数变小,局域化程度降低,能带变得比较平缓.在InFeO3和In2FeCrO6体系中,Fe和Cr的化合价约为1.7+,Fe-O和Cr-O之间的库伦作用和成键程度差异性不大,导致两者的带隙变化不明显.光吸收谱分析表明,在入射光能量2.1～2.75eV范围内,Cr的掺入改善了InFeO3的可见光的吸收性能.     

双自由度海浪发电实验机

通过对海浪的研究,设计出一种二维的海浪发电装置,并使用经典波浪模型对装置的发电效率进行计算以及探索如何提高发电效率.此装置可用于研究浮子结构对发电效率的影响,并可作为实验教学仪器供学生探索研究,弥补了海浪发电教学环节的空白,对提高教学质量和激发学生创新能力有着重要的意义.     

光学分子成像技术观察纳流芯片对DNA分子的研究

λ-DNA与荧光染料YOYO-1结合，利用荧光显微技术对DNA分子在毛细现象作用下进入宽40 nm、深60 nm的纳米沟道内，并在其内部被拉伸以及沿沟道移动的情形进行了观察.讨论了DNA分子在沟道内的运动情况.结合光学分子成像技术与该尺寸范围的纳流芯片，将有助于研究生物分子的动力学和静力学性质.     

单层MoS2在合金化及应力调控下光催化裂解水产氢的理论研究

基于密度泛函的第一性能原理计算方法研究了单层MoS_2分别与MoSe_2、MoTe_2、WS_2进行合金化,以及加入2%应力条件下,对光催化裂解水性能的影响。计算结果表明,单层MoS_2通过与MoSe_2、MoTe_2、MoWS_2进行合金化,并施加压应力两种手段进行调控,可使带隙变大的同时,提高CBM(conduction band minimum)带边位置,从而提高光催化分解水的效率。通过能带和态密度的计算表明,合金元素原子形成的不是孤立能级而是能带,对载流子寿命影响小。