Ru、Rh、Pd掺杂GaSb的电子结构和光学性质

运用第一性原理计算方法研究了过渡族金属TM(TM=Ru、Rh、Pd)掺杂GaSb的电子结构和光学性质,结果表明:TM掺杂GaSb主要以TM替代Ga(TM @Ga)缺陷存在,并可增强GaSb半导体材料对红外光区光子的响应,使体系光学吸收谱的吸收边红移;TM@Ga所引入的杂质能级分布于零点费米能级附近,这极大地增强了体系的介电性能,促进了电子-空穴对的产生和迁移,因而提升了掺杂体系的光电转换效率;Ru 掺杂对GaSb光学性质的改善最为明显,当掺杂浓度为6.25%(原子数分数)且均匀掺杂时,Ru掺杂GaSb体系对红外光区光子的吸收幅度最大,有效提升了GaSb光电转换效率和光催化活性。     

Electronic structure and magnetic properties of(Cu,N)-codoped3C-SiC studied by first-principles calculations

The electronic structures and magnetic properties of the Cu and N codoped 3C-Si C system have been investigated by the first-principles calculation.The results show that the Cu doped Si C system prefers the anti-ferromagnetic(AFM) state.Compared to the Cu doped system,the ionicities of C–Cu and C–Si in Cu and N codoped Si C are respectively enhanced and weakened.Especially,the Cu and N codoped Si C systems favor the ferromagnetic(FM) coupling.The FM interactions can be explained by virtual hopping.However,higher N concentration will weaken the ferromagnetism.In order to keep the FM interaction,the N concentration should be restricted within 9.3% according to our analysis.     

Nb掺杂γ-TiAl金属间化合物的电子结构与力学性能

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了Nb掺杂γ-TiAl金属间化合物的结构参数、能带结构、电子态密度及弹性常数.结果表明:Nb替代Ti掺杂相比Nb替代Al掺杂的形成能低,Nb在替位掺杂时更倾向于取代Ti原子形成稳定的结构,Nb替代Ti掺杂能够提高γ-TiAl金属间化合物的抵御塑性变形能力、断裂强度和延展性;与Nb替代Ti掺杂相比,Nb替代Al掺杂同样增强γ-TiAl金属间化合物的断裂强度且其增强延展性的效果更好,但抵御塑性变形的能力有所削弱.     

C掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理的局域密度近似+U(0 ≤U≤9 eV)方法研究了本征金红石相TiO₂在不同U值(对Ti-3d电子)下的禁带宽度、晶体结构以及不同比例C元素掺杂的金红石相TiO₂的电子结构和光学性质, 研究表明, TiO₂的禁带宽度和晶格常数随着U值的增加而增大. 综合考虑取U=3 eV并对其计算结果进行修正. 对于掺杂体系, 发现C 元素的掺杂在金红石相TiO₂中引入杂质能级, 杂质能级主要由O-2p轨道和C-2p轨道耦合形成, 杂质能级的引入可以增加TiO₂对可见光的响应, 从而使TiO₂的吸收范围增大. C原子掺杂最佳比例为8.3%, 此时光学吸收边的红移程度最明显, 可增大光吸收效率, 从而提高了TiO₂光催化效率.     

氮掺杂的金刚石磁性研究

采用第一性原理计算方法研究金刚石中由空位或者N掺杂引起的磁特性. 发现-1价和-2 价的碳空位能分别产生3 μ_B和2μ_B的磁矩; -2价的碳空位能够引发长程有序的铁磁耦合状态, 而-1价的碳空位更倾向于反铁磁耦合.掺杂N元素能有效地控制空位的荷电状态及相应的磁相互作用, 这一结果为在金刚石中实现非过渡族金属掺杂的铁磁性提供了一条新的路径. 关键词： 第一性原理计算 氮掺杂 金刚石 磁性     

阳离子空位磁矩起因探讨

运用群论和分子轨道理论的方法, 系统地研究了非掺杂磁性半导体中阳离子空位产生磁矩的原因, 并用海森堡模型阐明了磁矩之间的交换耦合机理. 研究发现: 阳离子空位磁矩的大小与占据缺陷能级轨道的未配对电子数有关, 而缺陷能级的分布与空位的晶场对称性密切相关; 通过体系的反铁磁状态和铁磁状态下的能量差估算交换耦合系数J₀, 交换耦合系数J₀的正负可以用来预测磁矩之间的耦合是否为铁磁耦合:J₀>0, 则表明磁矩之间的耦合为铁磁耦合, 反之为反铁磁耦合. 最后指出空位的几何构型发生畸变(John-Teller效应)的原因: 缺陷能级轨道简并度的降低与占据缺陷能级轨道的电子的数目有直接的关系.     

改性石墨烯SO_2气敏性质的第一性原理研究

为了寻求高灵敏度的石墨烯基的SO_2气体传感器,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究纯净石墨烯(PG)、单空位缺陷(SVG)、SW缺陷(SWG)、Mn掺杂修饰的石墨烯(Mn-PG)及掺杂和缺陷共修饰的石墨烯(Mn-SVG和Mn-SWG)对SO_2分子的吸附特性.研究表明:PG和SWG对SO_2分子的吸附作用较弱,对SO_2分子不具有敏感性;SO_2分子在SVG表面的吸附能够有效调控其电子结构的变化,使其由金属性转变为半金属性,但其吸附能较低(0.636 eV);结合了Mn掺杂和SV缺陷的Mn-SVG基底尽管增大了与SO_2分子相互作用,但未能引起该体系电子结构和磁性的明显改变;相比之下,SO_2分子在Mn-PG和Mn-SWG基底上具有较强的吸附稳定性;同时,该分子吸附可诱发Mn-PG和Mn-SWG体系磁矩的急剧降低和电导率的显著变化,故可作为探测和清除环境中SO_2分子理想材料.该研究为设计新型石墨烯气体传感器提供理论参考.     

氧化锌掺钡的电子结构及其铁电性能研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了不同原子百分比含量的Ba掺杂Zn0半导体体材料超晶胞的能带结构、电子态密度、极化率和相对介电值.计算结果表明:Ba掺杂的Zn0体系为直接带隙半导体材料,其禁带宽度随着Ba原子掺杂百分比的增加呈现出逐渐增大的趋势.体系铁电性能的计算表明:与纯Zn0相比,Zn0掺入Ba原子后的极化率与相对介电值发生了较为明显的变化,其极化率随着Ba原子掺杂百分比的增加而增大,相对介电值随着Ba原子掺杂百分比的增加而减小.对角化后的极化率分量的数值结果表明:在电场作用下超胞中可能存在微畴结构,并且由于畴间电偶极矩的强相互作用,使得超胞宏观上表现为几乎具有各向同性的极化率特征.     

Fe,Co,Ni掺杂GaSb的电子结构和光学性质

运用第一性原理LDA+U方法 (考虑了交换关联项的Hubbard U修正的局域密度近似方法)研究了过渡族金属X (X=Fe, Co, Ni)掺杂GaSb的电子结构和光学性质.研究结果表明:X掺杂均能提升GaSb半导体材料对红外光区光子的吸收幅度,并能有效提高GaSb材料的光催化性能;过渡金属X在GaSb材料中主要以X替代Ga缺陷(X@Ga)的形式存在, X的电荷布居和键布居表明, X的掺入容易引起体系的晶格畸变,由此产生的电偶极矩有利于光生电子-空穴对的分离,从而提高材料的光催化性能; X掺杂引入的杂质能级位于0点费米能级附近,因而掺杂体系复介电函数虚部在光子能量为0时就会有响应,同时掺杂体系的静介电常数也得到了很大的提升; X的掺杂对GaSb体系的光学性能都有很大的改善,但Ni掺入对改善GaSb材料的光催化特性最有利;最佳Ni原子的掺杂摩尔浓度为10.94%,均匀掺杂可以避免光生电子-空穴复合中心的形成,此时光学吸收范围和吸收峰值都达到最大,对材料的光催化性能最有利.