过渡金属掺杂β-GeS的电子性能和光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理计算方法系统研究了二维单层β-GeS中取代掺杂不同3d过渡金属原子时体系磁性、能带结构和光学性质的变化.结果表明：相比于本征非磁性β-GeS,取代掺杂Ti～Cu导致β-GeS具有磁性,且磁矩呈现出先增加后减小的变化趋势;掺杂后体系能带结构发生明显变化,分别表现出金属,半金属和半导体性质,而且导带底的位置明显向Fermi能级方向移动.相比于本征体系,非本征体系的光学性质表明：其在一定波段范围内出现蓝移现象以及光响应强度发生变化,且掺杂前后体系均表现出高的各向异性.     

Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质. 结果表明, 半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减小. 文中以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例, 分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质, 发现Cr-3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用. 随着掺杂浓度的增大, Cr原子间相互作用增强, Cr-3d能带向两边展宽, 导致自旋向下子带导带底的能量位置下降, 从而半金属能隙变窄.     

Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质. 结果表明, 半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减小. 文中以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例, 分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质, 发现Cr-3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用. 随着掺杂浓度的增大, Cr原子间相互作用增强, Cr-3d能带向两边展宽, 导致自旋向下子带导带底的能量位置下降, 从而半金属能隙变窄.     

高压下铝、铜、铅、钽的状态方程和电子转移

 用缀加球面波方法研究了元素金属铝、铜、铅和钽的电子结构。由第一性原理计算获得上述金属的状态方程（T=0）与实验有较好符合。定量地讨论了压缩度V₀/V=1.0→5.0范围内发生的电子转移。对过渡金属（Ta）由于s、p带相对d带的移动，这种转移量较大；而另外三种金属只显示较小转移量则仅是接近Fermi能级处的状态杂化程度变化所致。     

一维光晶格中超流Fermi气体基态性质的研究

研究了一维光晶格中超流Fermi气体基态解的性质.在平均场理论框架下,利用超流Fermi体系中原子间相互作用能与晶格势能相互平衡的条件,得到了一维光晶格中超流Fermi气体在整个BEC-BCS跨越区的一组基态解,给出了基态的原子数密度空间分布、总原子数和能量.进一步对系统从BEC端转变到BCS端时的基态解性质进行了深入分析和对比.结果表明,一维光晶格中超流Fermi气体基态分布具有一些特殊的性质,由于Fermi压力,相比而言超流Fermi气体在BCS端的基态原子数密度空间分布较为扩展,平均能量明显偏高.     

用紧束缚理论研究压力对固体能带结构的影响

应用紧束缚理论,计算了体心立方结构1s能带和2s能带,讨论了外界压力对能带结构的影响.研究结果表明,压力使固体的晶格常数发生变化,导致体心立方晶格的1s和2s能带的宽度以及两带之间的禁带宽度发生变化.利用所得结果,具体计算了外界压力对锂金属能带结构的影响,在晶格常数附近,随着压力的增大,锂金属的1s和2s能带将变宽,两带之间禁带宽度将变小,理论计算结果与实验观察结果在数量级上是一致的.     

原子替位掺杂对单层Janus WSeTe电子结构的影响

基于第一性原理计算系统地研究了氮族、卤族和3d过渡金属元素(Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co)替位掺杂对单层Janus过渡金属硫族化合物WSeTe电子结构的影响.通过对能带结构、电荷转移以及磁性的分析,发现氮(卤)族原子替位掺杂单层WSeTe会发生本征半导体-p (n)型半导体的转变, Ti, V原子替位掺杂单层WSeTe会发生半导体-金属的转变.由于电荷转移以及氮族原子掺杂时价带顶的能带杂化现象,卤族和氮族非金属元素掺杂时价带顶G点附近的Rashba自旋劈裂强度在同一主族随着掺杂原子原子序数的增大而增大. 3d过渡金属元素掺杂会产生能谷极化和磁性,其中Cr, Mn原子替位掺杂会产生高于100 meV的能谷极化,并且Cr,Mn, Fe元素掺杂在禁带中引入了电子自旋完全极化的杂质能级.研究结果对系统地理解单层WSeTe掺杂模型的性质具有重要意义,可以为基于单层WSeTe的电子器件设计提供理论参考.     

绝缘体中金属离子注入合成纳米颗粒的理论研究

理论上提出了利用离散电子态来计算绝缘体中金属纳米颗粒Fermi能级的方法,给出了金属纳米颗粒的能级结构,并得到了依据金属纳米颗粒等离子体共振峰计算金属纳米颗粒尺寸的新公式.该理论可解释相关现象,通过实验初步验证了该理论的正确性. 关键词： 离子注入 金属纳米颗粒 绝缘体 Fermi能级     

Fe9Si的电子结构及铁磁性质的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论（Density Functional Theory）赝势平面波方法, 对Fe9Si的电子结构和铁磁性质进行理论计算。 计算结果表明： (1) Fe9Si具有负的形成热-0.1094 eV/atom, 结合能5.124 eV/atom, 表明Fe9Si合金具有强结合力和结构稳定性; (2) Fe9Si具有典型的金属能带特征, 穿过Fermi能级的能带最主要是Fe的3d态电子的贡献, 其次是来自Si的3p态电子的贡献。 结合键不是单一金属键, 而是金属键和共价键组成的混合键; (3) Fe9Si的铁磁性主要来自Fe原子的未满层壳的3d态电子的自旋。 计算结果为Fe9Si铁磁性材料的设计与应用提供了理论依据。     

Fe_9Si的电子结构及铁磁性质的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论(Density Functional Theory)赝势平面波方法,对Fe_9Si的电子结构和铁磁性质进行理论计算.计算结果表明:(1)Fe_9Si具有负的形成热-0.1094 eV/atom,结合能5.124eV/atom,表明Fe_9Si合金具有强结合力和结构稳定性;(2)Fe_9Si具有典型的金属能带特征,穿过Fermi能级的能带最主要是Fe的3d态电子的贡献,其次是来自Si的3p态电子的贡献.结合键不是单一金属键,而是金属键和共价键组成的混合键;(3)Fe_9Si的铁磁性主要来自Fe原子的未满层壳的3d态电子的自旋.计算结果为Fe_9Si铁磁性材料的设计与应用提供了理论依据.     

手性碳纳米管能带特性的研究

探讨手性（chiral)单层碳纳米管（SWNTs)电子结构的主要特点。提出了确定与Fermi能级EF＝0相交或相近的子能带指数J及相关的波矢ky值的方法。并直接从A－B效应出发。导出了任意手性角的SWNTs在磁场中发生金属－半导体连续转换的条件,同时对其能隙变化规律进行了详细讨论。     

VC(001)弛豫表面构型与电子结构第一性原理研究

用第一性原理方法对VC(001)清洁表面的构型和电子结构进行了详细研究，与TiC(001)面类似，VC(001)面弛豫后形成表面皱褶，其表层V原子和C原子分别朝体相和真空方向移动. 能带计算结果表明，过渡金属碳化物(001)面的能带结构符合刚性带理论模型. 对于VC(001)面，表面态主要处在-30eV附近，其主要成分为表层C原子的2pz轨道. 此外，以表层V原子的3d轨道成分为主的表面态出现在费米能级附近，由于这些表面态以表面法线方向的轨道(3d２z和3dxz/dyz)为主要成分，因此在表面反应中将起到重要作用，从而体现出与TiC(001)面不同的反应性质. 关键词： 过渡金属碳化物 表面态 能带结构     

二维缺陷GaAs电子结构和光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了存在Ga空位缺陷和掺杂B原子的二维GaAs的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明空位缺陷二维GaAs显示出金属特性,B原子的引入使体系变为间接带隙半导体,禁带宽度为0.35 eV.态密度计算发现体系低能带主要由Ga的s态、p态、d态和As的s态、p态构成;高能带主要由Ga和As的s态、p态构成.掺杂B原子与存在空位缺陷的二维GaAs相比,静态介电常数相对较低,变为8.42,且易于吸收紫外光,在3.90～8.63 eV能量范围具有金属反射特性,反射率达到52%.     

双能带三维光子晶体中二能级原子的自发辐射

研究了双能带三维光子晶体中二能级原子自发辐射的性质.由于双能带各向异性色散关系的影响，辐射场中的局域场和传输场不能共存，导致原子上能级占据数不再具有准周期性振荡的性质，而是随时间趋于常数，或者随时间按幂函数形式衰减，或者随时间按指数形式衰减.这些性质不仅与原子上能级和能带带边的相对位置有关，而且与光子晶体上、下能带之间的能隙宽度有关.这些性质也有别于单能带各向同性光子晶体中二能级原子自发辐射的性质. 关键词： 光子晶体 二能级原子 自发辐射     

d轨道分裂和过渡金属化合物性质的研究

用群的表示来讨论过渡金属化合物中心离子在不同对称场中d轨道分裂 ,并通过群链的分解 ,应用广义Wigner-Eckart定理来研究d轨道分裂能。然后进一步解释过渡金属二硫属化合物电子结构、电学性质的特点和宝石的致色机理     

过渡金属(Ni)掺杂ZnV2O4的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论下的MS软件模拟了过渡金属Ni掺杂ZnV₂O₄前后的能带结构、态密度以及光学性质.结果表明：ZnV₂O₄具有间接的光学跃迁且能带间隙为0.355 eV,Ni掺杂后能带间隙增加为0.785 eV,且带隙类型不变,引入的Ni-3d轨道电子对ZnV₂O₄的价带和导带组成提供了较大贡献.光学性质结果表明ZnV₂O₄为一种低介电材料,在可见光区的吸收系数和折射率较低,主要表现为紫外吸收.掺杂Ni后,在可见光区的吸收特性和光电导率均增大,有效改善了ZnV₂O₄在可见光区的光电性能.     

第一性原理研究BiNbO_4晶体的电子结构和光学性质

此文用密度泛函理论的平面波赝势方法研究Bi Nb O4的电子结构和光学性质.获得了Bi Nb O4是一种禁带宽度为2.74 e V的直接带隙半导体,价带顶主要是由O-2p态与Bi-6s态杂化而成,而导带底主要是由Nb-4d态构成等有益结果;还分析得出介电函数、复折射率、能量损失等光学性质与电子态密度、能带结构存在内在的联系.     

第一性原理研究BiNbO4晶体的电子结构和光学性质

此文用密度泛函理论的平面波赝势方法研究BiNbO4的电子结构和光学性质．获得了BiNbO4是一种禁带宽度为2.74 eV的直接带隙半导体, 价带顶主要是由O-2p态与Bi-6s态杂化而成,而导带底主要是由Nb-4d态构成等有益结果; 还分析得出介电函数、复折射率、能量损失等光学性质与电子态密度、能带结构存在内在的联系．     

三维光子晶体中三能级原子的自发发射

研究了三维光子晶体中三能级原子自发发射的性质.由于各向异性色散关系,能带带边的态密度没有奇异性,局域场可以消失.在一定条件下弥散场会得到加强,并在辐射场中占主导地位.这些性质将与原子能级和能带带边的相对位置有关,且有别于各向同性色散关系的光子晶体中原子自发发射的性质. 关键词： 光子晶体 三能级原子 自发发射     

Mn,Fe,Co掺杂GaAs电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对本征GaAs以及3d过渡金属Mn、Fe、Co单掺杂GaAs晶体的电子结构及其光学性质进行理论计算以及对比研究.计算结果表明:能带结构中三种掺杂体系均引入新的能级,能带条数增多,导带底与价带底顶向深能级移动,带隙减小;费米能级附近出现了杂质能级,导致掺杂体系光子能量位于0时介电函数虚部便有所响应,掺杂体系相较于本征体系的静介电常数有所提升;Mn、Fe、Co三种掺杂体系相较于本征体系在红外以及远红外区域吸收系数得到了明显的提升,其中Fe掺杂GaAs的光催化特性最好.