γ-Si3N4在高压下的电子结构和物理性质研究

采用基于密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA-PW91),计算了不同压强下γ-Si3N4的电子结构、光学性质和力学性质.基于计算结果,分析讨论了γ-Si3N4各物理参数随外压力的变化规律.计算表明,γ-Si3N4是一种适合于在高压条件下工作的材料.     

掺稀土元素(Y，La)的γ-Si3N4的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函的平面赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA)，计算了未掺杂和掺杂稀土(Y，La)的γ-Si₃N₄中N-Y(La)键的布居值和它们的键长、掺杂后能带结构和态密度.发现掺杂后的带隙要减小，并且可能形成新的半导体，这将为找到新的半导体提供一个方向.还进一步研究了掺杂稀土(Y，La)后的光学性质，掺杂后有更高的静态介电常数，可以作为新的介电材料和好的折射材料，这对于一定的光学元件有潜在的应用前景.     

Cu掺杂β-Si3N4的力学性能和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法研究了(Si_3-xCu_x)N₄(x=0,0.25,0.5,0.75,1)晶体的稳定性、力学性能和电子结构,分析了Cu掺杂对β-Si₃N₄力学性能的影响机制.结果表明,(Si_3-xCu_x)N₄为热力学稳定结构,Cu掺杂降低了β-Si₃N₄的稳定性.由弹性常数和Voigt-Reuss-Hill近似看出,(Si_3-xCu_x)N₄满足波恩力学稳定性判据,Cu掺杂使得β-Si₃N₄的体模量、剪切模量和杨氏模量降低,当x=0时,(Si_3-xCu_x)N₄的体模量、剪切模量和杨氏模量最大,分别为234.3 GPa、126.7 GPa和322.1 GPa.根据泊松比和G/B值判断出(...     

La单掺4H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及La掺杂4H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算。计算结果表明,未掺杂4C-SiC其禁带宽度为2.257 eV。La掺杂后带隙宽度下降为1.1143eV,导带最低点为G点,价带最高点为F点,是P型间接半导体。掺杂La原子在价带的低能区间贡献比较大,而对价带的高能区和导带的贡献比较小。未掺杂4H-SiC在光子能量为6.25 eV时,出现一个介电峰,这是由于价带电子向导带电子跃迁产生。而La掺杂后,出现3个介电峰,分别对应的光子能量为0.47eV、2.67eV、6.21eV,前两个介电峰是由于价带电子向杂质能级跃迁产生,第三个介电峰是由于价带电子向导带电子跃迁产生。La掺杂后4H-SiC变成负介电半导体材料。未掺杂4h-SiC的静态介电常数为2.01,La掺杂的静态常数为12.01。     

Sc掺杂Ca3Si4的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对Sc掺Ca3Si4的电子结构和光学性质进行了系统的计算和分析比较.研究结果为块体Ca3Si4是间接带隙半导体,带隙为0.372eV,价带主要是由Si的3s和3p及Ca的3d态电子构成,导带主要是由Ca的3d态电子构成,静态介电常数ε1(0)=19,折射率n0=4.35;吸收系数在能量3.024eV处达到最大峰值1.56×105cm-1.而掺杂Sc变为n型半导体;费米能级附近的导带主要则由Ca的3d态电子和Sc的3d态电子构成,静态介电常数变为ε1(0)=54.58,折射率n0=7.416;吸收系数在能量5.253eV处达到最大峰值1.614×105cm-1.通过掺杂有效调制了Ca3Si4的电子结构和光学性质,计算结果为Ca3Si4光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

β-Si3N4电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函的平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),计算了β相氮化硅(β-Si3N4)的电子结构和光学性质,得到的晶格常数、能带结构等均与实验结果较好符合.进一步还研究了β-Si3N4的光吸收系数以及禁带宽度随外压力的变化规律,为β-Si3N4材料在高压条件下的应用提供了理论参考.     

稀土元素(Ce,Pr)掺杂GaN的电子结构和光学性质的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算了稀土元素Ce,Pr掺杂GaN的晶格参数、能带、电子态密度和光学性质,使用LSDA +U的方法处理具有强关联作用的稀土4f态,并分析比较计算结果.计算表明:掺入Ce和Pr后的体系相比未掺杂的GaN晶格常数增大,带隙变窄,并分别在禁带中和价带顶附近引入了局域的杂质能级,该能级主要由Ce和Pr的4f电子提供;掺杂后都发生了磁有序化并产生磁矩;最后定性分析了掺杂前后介电函数和光吸收系数的变化,掺Ce的体系在介电函数和吸收系数的低能区出现了峰值,该峰的出现和禁带中的杂质能级到导带底的跃迁有关,而掺Pr的体系由于带隙变窄使介电峰和吸收边发生红移.     

La掺杂3C-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及稀土材料La掺杂3C-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,La掺杂引起3C-SiC晶格体积增大,掺杂体系能量更小,掺杂体系的结构更稳定;未掺杂3C-SiC是直接带隙半导体,其禁带宽度为1.406 eV,La掺杂后带隙宽度下降为1.161 eV,La掺杂3C-SiC引入了3条杂质能级,能量较高的1条杂质能级与费米能级发生交叠,另外2条杂质能级都在费米能级以下价带顶之上,La掺杂引起3C-SiC吸收谱往低能区移动,未掺杂3C-SiC的静态介电常数为2.66,La掺杂引起静态介电常数增加为406.01,La掺杂3C-SiC是负介电半导体材料.     

AlSb掺Mn、Fe的电子结构和光学性质

本文基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,对闪锌矿型AlSb的超晶胞、掺入杂质Mn和Fe超晶胞进行结构优化处理。计算了三种体系下AlSb超晶胞的电子结构、Mullkien电荷数和光学性质,详细研究了其能带结构、电子态密度、电荷布局分布和光学性质。结果表明：在Mn,Fe掺杂AlSb体系中,由于空穴密度的增加,禁带宽度减小,材料表现出半金属行为,且在可见光区电子跃迁明显增强。     

AlSb掺Mn、Fe的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势(PWPP)方法,对Mn、Fe掺杂前后AlSb的超晶胞体系进行了几何结构优化.模拟计算了Mn、Fe掺杂对AlSb的电子结构和光学性质的影响,分析了掺杂前后的能带结构、电子态密度分布、电荷布局分布、介电常数和光吸收系数的变化.计算结果表明:在Mn,Fe单掺杂AlSb体系中,由于空穴密度的增加,禁带宽度减小,材料表现出半金属行为,且在可见光区电子跃迁明显增强.     

B、N单掺杂3C-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,计算了未掺杂与B、N单掺杂3C-SiC的电子结构和光学性质.结果表明:掺杂改变了3C-SiC费米面附近的电子结构;B掺杂使得禁带宽度减小,价带顶上移,费米能级进入价带,形成p型半导体;N掺杂使得禁带宽度减小,导带底下移,费米能级进入导带,形成n型半导体.B、N掺杂均提高了3C-SiC在低能区的折射率、消光系数和吸收系数,增强了对红外光谱的吸收.     

稀土元素(Y,La)掺杂ZnO的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了未掺杂ZnO和稀土(Y,La)掺杂ZnO体系的空间结构、能带、电子态密度与光学性质.结果表明,掺杂后体系的形成能减小,稳定性变强,带隙展宽,费米能级进入导带中,体系呈金属性,载流子发生简并,形成简并半导体.定性分析了掺杂后光学性质的变化. 关键词： 氧化锌 掺杂 第一性原理     

稀土元素(La,Y)掺杂GaN的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土元素La,Y单掺杂和La和Y共掺杂GaN的晶格常数、电子结构及光学性质进行了计算与分析.计算结果表明:掺杂改变了GaN的能带结构,未掺杂和Y掺杂形成导带底和价带顶位于G点的直接带隙半导体,而La掺杂和La和Y共掺杂形成导带底位于G点,价带顶位于Q点的间接带隙半导体.可以通过掺杂元素来调制GaN的禁带宽度和带隙类型,掺杂均提高GaN在低能区的静态介电常数、反射率、折射率,使光子的跃迁强度增大,说明稀土元素La,Y掺杂可有效调制GaN的光电性质.     

N掺杂对非晶C薄膜的电子结构与光学性质的影响

用直流磁控溅射法制备了非晶C薄膜及N掺杂非晶C(a-C∶N)薄膜,用紫外-可见分光光谱仪、椭圆偏振仪、俄歇电子能谱(AES)等对薄膜进行了检测。结果表明：随源气体中N气含量的增加,透过率和折射率变小, 而光学带隙先增大后减小; 当薄膜中N的含量很少,N的掺入对sp3杂化C起稳定作用,使得薄膜光学带隙E_g增大。而较高量N的掺入抑制了sp3杂化C的形成,提高了薄膜中sp2键含量,使得薄膜光学带隙变小。参数D定义为俄歇电子能谱(AES)中最大正峰和最低负峰之间的距离,用俄歇电子能谱中的D值来计算薄膜的sp2键的百分含量,俄歇电子能谱(AES)表征也表明：较高量的N的掺入抑制了sp3杂化C的形成。所以应该考虑在较低N分压条件下掺N来改善非晶C薄膜的光学性能。     

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。     

碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算研究碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果表明：C原子替代O原子和C原子替代Zn原子两种掺杂体系的电子结构存在明显差异,这主要是由于C原子的电子分布及对周围原子的影响不同;碳掺杂ZnO光学性质的变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有明显变化.结合电子结构定性解释了光学性质的变化. 关键词： ZnO 碳掺杂 电子结构 光学性质     

Ga掺杂ZnS的电子结构和光学性质

本文基于第一性原理平面波赝势（PWP）和广义梯度近似（GGA）方法,对ZnS闪锌矿结构掺入杂质Ga体系进行结构优化处理. 计算了该体系下ZnS材料的电子结构和光学性质. 详细分析了其平衡晶格常数、能带结构、电子态密度分布和光学性质．结果表明：由于杂质Ga的引入,ZnS体系体积略有膨胀,并在在费米面附近出现了深施主能级,单纯的通过Ga掺杂来实现低阻ｎ型ZnS材料较为困难;由于杂质能级的引入,整个介电峰向低能方向偏移,电子在可见光区的跃迁显著增强．     

Cr和C共掺TiO_2的电子结构和光学性质的研究

利用第一性原理计算,研究了Cr与C共掺锐钛矿型TiO_2的能带的结构,态密度和光学性质.我们构建了两种不等价的Cr与C紧邻共掺体系:CrC_1-TiO_2和CrC_2-TiO_2.CrC_1-TiO_2体系在价带上方出现了主要由C-2p轨道和Cr-3d轨道耦合成的子带.同时,由于姜-泰勒变形效应,Cr-3d轨道的t_(2g)轨道进一步分裂的成Cr-3d_(yz)轨道在导带底形成附加带,有效带隙较纯TiO_2相比变窄了0.84eV.CrC_2-TiO_2体系带隙中有深带隙态存在,由于深间隙态的存在,价带顶到深带隙的能量宽度为0.84eV,电子从价带顶转移到导带底的所需要的能量将大大减小.最后,我们对纯TiO_2和Cr与C紧邻共掺TiO_2的光学特性进行了计算.结果显示Cr与C共掺TiO_2的光学吸收谱都有很好的可见光区域分布,大大提高了太阳光的利用率.     

α和β-Si3N4的电子、光学及热力学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了α-Si₃N₄和β-Si₃N₄的晶体结构、电子结构、光学性质和声子谱,并对结果进行了理论分析.计算结果表明两种相都含有较强的共价键,均为绝缘体,且α-Si₃N₄的禁带宽度略大于β-Si₃N₄.计算获得的光学吸收系数表明α-Si₃N₄和β-Si₃N₄主要吸收紫外光,并二者的能量损失峰在24.4 eV附近.α-Si₃N₄和β-Si₃N₄的声子谱中均无虚频,表明二者的结构是稳定的.在0～1000 K范围内,α-Si₃N₄的热容约为β-Si₃N₄的两倍.本文的计算结果可以为Si₃N₄     

W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO, W单掺杂ZnO, Cu单掺杂ZnO,以及W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂属于n型掺杂, Cu掺杂属于p型掺杂,单掺杂均可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性. W-Cu共掺杂时ZnO进入简并状态,呈现金属性质.三种掺杂ZnO的吸收光谱均发生红移,其中W-Cu共掺杂时, ZnO对太阳光谱的吸收效果最好.