Al，Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论，采用广义梯度近似方法，计算了Al，Mg掺杂的闪锌矿型GaN的电子结构和光学性质，分析了其电子态分布与结构的关系，给出了掺杂前后GaN体系的介电函数和复折射率函数.计算结果表明掺有Mg的GaN晶体空穴浓度增大，会明显提高材料的电导率，而Al掺杂GaN晶体的载流子浓度不变，只是光学带隙变宽；通过分析掺杂前后GaN晶体的介电函数和复折射率函数，解释了体系的发光机理，为GaN材料光电性能的进一步开发与应用提供了理论依据.通过比较可知，所得出的计算结果与现有文献符合得很好. 关键词： GaN晶体 电子结构 光学性质 掺杂     

双氮原子掺入二氧化钛电子结构的第一原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法计算研究了双N原子掺入金红石相TiO_2的几何结构和电子结构.通过比较三种可能的掺杂方式的总能发现,两个氮原子占据两个相邻的B原子位置时具有最稳定的结构.电子结构分析表明,双N原子掺杂TiO_2出现了杂质能级,三种结构的能带间隙均减小,其中杂质原子最近邻占位时,带隙最小,随着两个杂质原子的距离增大,带隙会逐渐变大.     

铁的自旋转变对菱镁矿热力学性质的影响

含铁菱镁矿(Mg,Fe)CO3是碳进入地球深部的主要载体之一,铁的进入会引起矿物物理性质的变化。采用第一性原理计算方法,研究了菱镁矿含铁及铁的自旋转变对菱镁矿热力学性质的影响。含铁菱镁矿的低自旋态体积比不含铁菱镁矿小;高自旋态在低温端的体积比不含铁菱镁矿略微增大,在高温端却减小;在所研究的温压范围内,低自旋态的体积始终比高自旋态的体积小。含铁菱镁矿高自旋态的热膨胀系数减小,而自旋转变会导致热膨胀系数增加。考虑高低两种自旋态共存时的热力学性质时,计算结果表明:自旋态共存时的热膨胀系数、速度在自旋共存区间内分别呈现异常增大峰和异常减小峰,并且这些异常变化峰随着温度的升高向高压方向移动。     

First-principles study of hydrogen adsorption on titanium-decorated single-layer and bilayer graphenes

The adsorption of hydrogen molecules on titanium-decorated （Ti-decorated） single-layer and bilayer graphenes is studied using density functional theory （DFT） with the relativistic effect. Both the local density approximation （LDA） and the generalized gradient approximation （GGA） are used for obtaining the region of the adsorption energy of H2 molecules on Ti-decorated graphene. We find that a graphene layer with titanium （Ti） atoms adsorbed on both sides can store hydrogen up to 9.51 wt% with average adsorption energy in a range from -0.170 eV to 0.518 eV. Based on the adsorption energy criterion, we find that chemisorption is predominant for H2 molecules when the concentration of H2 molecules absorbed is low while physisorption is predominant when the concentration is high. The computation results for the bilayer graphene decorated with Ti atoms show that the lower carbon layer makes no contribution to hydrogen adsorption.     

ZnS掺Mn2+电子结构和光学性质的第一性原理计算

在广义梯度近似下,利用平面波赝势对ZnS(闪锌矿, F-43m)和Mn2+掺杂的ZnS超晶胞的电子态密度、原子间电子云重叠布局数和光学性质等进行了自恰计算。自旋极化的计算结果显示，掺入Mn2+离子后态密度整体向低能方向移动，在禁带中出现了由Mn 3d、Zn3d与S 3p组成的新态。电子云重叠布局分析了掺杂前后价键性质的变化，解释了磁性离子Mn2+导致Zn和S出现不对称的自旋向上和自旋向下态的机理。复介电系数谱图向高能方向迁移，并且在0到2.7eV范围内出现一个新的尖峰，利用晶体场理论和态密度，对改介电峰进行了指认，为研究此类材料光学性质提供了一定理论依据。     

第一性原理研究ZnS掺V的光学性质和电子结构

 运用密度泛函平面波赝势方法（PWP）和广义梯度近似（GGA），对替代式掺杂钒（V）的闪锌矿（ZnS）的超晶胞电子结构进行了计算。研究了ZnS掺杂的光学性质及其电子结构，通过分析发现，光吸收的计算结果与运用配位场理论得到的计算结果以及实验数据符合较好；同时还对引入杂质前后电子结构的异同以及价键的一些性质进行了对比分析：因为杂质V的引入，态密度出现了几个新的峰，并且本体能带向低能方向偏移了大约2.5 eV，V所带正电荷为0.28，比任何一类Zn原子都要小，S—V键的共价性最强、键长最短。     

共掺杂金红石TiO2的电子结构和红外光谱研究

本文对大别山双河、碧溪岭地区硬玉石英岩中的金红石进行了Fourier变换红外光谱(FTIR)分析, 结果显示所有金红石颗粒分别在3280 cm^-1和3295 cm^-1 出现强的吸收峰. 基于前人提出H在金红石结构中以孔道中心(CC)和八面体共边(BOE)方式存在的两种模型, 本文采用第一性原理计算方法研究了掺杂(Al, H)和(Fe, H)时金红石相TiO₂的晶体结构和电子结构. 根据O—H键的振动频率和O—H…O键中O—O之间距离的经验关 关键词： 2')" href="#">金红石相TiO₂ 孔道中心 电子结构 第一性原理     

高压下闪锌矿InN光电性质的密度泛函研究

 采用密度泛函理论,计算了闪锌矿型InN在压力下的结构、力学性质和光学性质,结果显示,随着压强的增大晶格常数减小。给出了零压下C₁₁、C₁₂、B、C_s、C₄₄的值及至70 GPa压力下弹性常数随压强的变化关系。结果表明,C₁₁、C₁₂、B随压强增大而增大,C_s、C₄₄随压强增大而减小,计算结果与现有实验和理论结果符合较好。在价带区,InN的分态密度（PDOS）有两个带,且在费米面附近密度很小,显示其倾向于形成稳定结构并且导电性较差。对闪锌矿型InN在高压下的光学性质研究发现,导带电子向高能方向偏移,而价带电子向低能方向偏移,结果导致能带间隙增大,光吸收谱在压力的作用发生了“蓝移”。研究结果对认识高压下闪锌矿型InN的结构、电学及光学性质具有重要意义。     

第一性原理研究电场对BN纳米管电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了电场对BN纳米管的电子结构的影响.首先对在不同电场强度下的纳米管几何结构进行了优化,可以看出纳米管沿轴方向层间距出现了不规则的变化.电子能带结构显示,在电场作用下,zigzag型和armchair型两种结构纳米管的能带向低能方向移动,并且导致纳米管的带隙有显著的减小.电场使得armchair型纳米管的带隙发生了从间接带隙向直接带隙的转变.在电场作用下,纳米管的两端态密度呈现出明显的差异,正负电荷沿轴向出现了沿轴向的空间分离,Mulliken电荷分布图揭示出最高占据轨道和最低未占据轨道分居在纳米管的两端.     

过渡金属掺杂SnO2的电子结构与磁性

采用密度泛函理论及赝势平面波方法, 对未掺杂SnO2以及过渡金属V、Cr、Mn掺杂SnO2的超原胞体系进行了几何优化, 计算了晶格常数、电子结构与磁学性质. 结果表明, 6.25%与12.5%两种掺杂浓度时, 体系的电子自旋和磁学性质没有发生很大的变化; 相对于未掺杂SnO2, 过渡金属掺杂后SnO2中O原子有向过渡金属移动的趋势, 并使得O与掺杂金属之间键长变短; 在V和Cr掺杂后, SnO2具有半金属性质, 而Mn掺杂SnO2没有发现上述性质. 6.25%与12.5%的杂质浓度对自旋和磁矩影响不大, 掺杂产生的磁矩主要来自于过渡金属3d电子态, 且磁矩的大小与过渡金属的电子排布有关. V、Cr、Mn掺杂SnO2后的总磁矩分别为0.94μB、2.02μB、3.00μB. 磁矩主要来源于过渡金属3d轨道的自旋极化, 当O原子出现负磁矩的时候, 还有很小一部分磁矩来源于临近过渡金属的Sn原子.