Sc掺杂SnO_(2)稀磁半导体的第一性原理研究北大核心

采用第一性原理方法,对Sc掺杂SnO_(2) 以及含有O空位的Sc掺杂SnO_(2) 的电子结构和磁学性质进行了计算. 结果表明SnO_(2) 晶格中存在两种本征磁性来源,分别为Sc掺杂诱导的未配对O-2p态电子的自旋极化和O空位诱导的未配对Sn-5p态电子的自旋极化. 由于两种未配对的弱束缚电子分别由电离施主和受主诱导产生,因此二者之间存在电荷补偿效应,在特定配比下能够使SnO_(2) 晶格出现磁性猝灭.     

Sb掺杂对透明SnO2薄膜导电性能影响的第一性原理计算

本文根据密度泛函理论（DFT），采用第一性原理平面波赝势方法，计算了Sb掺杂对透明导电薄膜SnO2电子结构及导电性能的影响，讨论了掺杂下SnO2晶体的结构变化、能带结构、电子态密度．计算结果表明，Sb掺杂的SnO2具有高的电导率，且随着掺杂浓度的增加，能带简并化加剧，浅施主杂质能级向远离导带底方向移动．     

新型稀磁半导体Mn掺杂LiZnAs的第一性原理研究

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, 对纯LiZnAs, Mn掺杂的LiZnAs, Li过量和不足下Mn掺杂的LiZnAs体系进行几何结构优化, 计算并对比分析了体系的电子结构、半金属性、光学性质及形成能.结果表明新型稀磁半导体Li (Zn_0.875Mn_0.125) As, Li_1.1 (Zn_0.875Mn_0.125) As和Li_0.9 (Zn_0.875Mn_0.125) As均表现为100%自旋注入, 材料均具有半金属性, Li过量和不足下体系的半金属性明显增强. Li过量可以提高体系的居里温度, 改善材料的导电性, 使体系的形成能降低. 说明LiZnAs半导体可以实现自旋和电荷注入机理的分离, 磁性和电性可以分别通过Mn的掺入和Li的含量进行调控. 进一步对比分析光学性质发现, 低能区的介电函数虚部和复折射率函数明显受到Li的化学计量数的影响.关键词：Mn掺杂LiZnAs电子结构光学性质第一性原理     

非金属N和过渡金属(Mo, Ru, Rh, Pd)掺杂SnO2磁性的第一性原理研究

本文基于第一性原理方法,对非金属元素(N)与过渡金属元素(Mo, Ru, Rh, Pd)掺杂SnO₂的电子结构和磁学性质进行计算分析.结果表明：形成能与过渡金属原子半径密切相关,随着过渡金属原子半径的增加,形成能在降低,其中N-Mo掺杂体系形成能最低,故该体系最容易掺杂形成;能带结构分析表明,由于掺杂体系自旋向上/向下杂质能级的数量和分布均不对称,掺杂体系均有磁性产生;进一步探究态密度可知,体系产生磁性的原因是过渡金属原子和N原子之间产生p-d轨道杂化,最外层电子轨道上的空位及单电子相互耦合所导致.结果表明,由于掺杂原子的引入,SnO₂体系产生磁性,并且掺杂体系呈现亚铁磁性,其中N-Rh掺杂体系的磁性最好,其磁矩为1.88μB,有望成为良好的稀磁半导体材料.     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN（Ga1-xMnxN, x=0.0625和0.1250）的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性。结果表明：Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大。Mn掺杂GaN均使得N 2p与Mn 3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强。     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN(Ga1-xMnxN,x=0.0625和0.1250)的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性.结果表明:Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大.Mn掺杂GaN均使得N2p与Mn3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强.     

Mn掺杂LiZnN新型稀磁半导体磁电性质的第一性原理计算

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,对纯LiZnN、Mn掺杂LiZnN及Li不足和过量时Mn掺杂LiZnN体系进行几何结构优化,分析体系的电子结构、半金属性和磁电性质.结果表明,Mn的掺入使体系产生自旋极化杂质带,自旋极化率为100%,表现出半金属铁磁性,且形成较强的Mn-N共价键.当Li不足时,Mn-N键的共价性最强,键长变短,体系半金属性明显增强,形成能最低,结构最稳定.Li过量时,体系半金属性消失,表现为金属性,杂质带宽度增大,体系导电能力增强.表明Mn掺杂LiZnN新型稀磁半导体可以通过Mn的掺入和改变Li的含量来实现磁性和电性的分离调控.掺杂体系的基态均为铁磁性,其净磁矩主要由Mn原子贡献,通过海森堡模型计算发现,Li空位可以有效提高体系的居里温度.     

Sb掺杂对透明SnO_2薄膜导电性能影响的第一性原理计算(英文)

本文根据密度泛函理论(DFT),采用第一性原理平面波赝势方法,计算了Sb掺杂对透明导电薄膜SnO2电子结构及导电性能的影响,讨论了掺杂下SnO2晶体的结构变化、能带结构、电子态密度.计算结果表明,Sb掺杂的SnO2具有高的电导率,且随着掺杂浓度的增加,能带简并化加剧,浅施主杂质能级向远离导带底方向移动.     

不同浓度C掺杂SnO_2的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理对不同浓度C掺杂SnO_2体系的晶体结构、能带结构、态密度以及光学性质进行了计算.结果表明:掺杂C原子后,晶胞体积和晶格常数都略微增大,且随着掺杂浓度的增大而增大,能带的禁带宽度则随着浓度的增大而减小.在光学性质中,掺杂C原子后体系的光吸收边都向低能方向移动,随着掺杂浓度的增大,体系红移的幅度也增大.     

Sb、Sm共掺杂SnO2的电子结构与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计算方法,构建了Sm、Sb及Sm和Sb共掺杂SnO₂超晶胞模型,研究了经过几何优化后的各掺杂体系的焓变值、能带结构、态密度、电荷布居、介电常数、吸收系数、反射率等光电性质.结果表明：Sm和Sb的掺杂可以有效地提升SnO₂的导电性能,且Sb和Sm共掺杂体系的电学性能最佳. Sm和Sb掺杂还可以增加SnO₂在红外波段的电子极化能力和电子跃迁概率,提升了红外反射率,且共掺杂体系的电子束缚能力最强、反射率最高.这为SnO₂基光电材料的研制提供了一定的理论依据.     

Pr高掺杂浓度对锐钛矿TiO_2的带隙和吸收光谱影响的研究

目前,Pr掺杂对锐钛矿TiO2带隙和吸收光谱研究结果存在相反的结论,红移和蓝移两种实验结果都有文献报道.为解决这个矛盾,本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,对纯的和不同浓度Pr高掺杂锐钛矿TiO2的电子结构和吸收光谱进行了计算.计算结果表明,与纯锐钛矿TiO2相比较,Pr掺杂后,掺杂量越增加,掺杂体系各原子电荷量越减小,掺杂体系总能量越高,形成能越大,稳定性越下降,带隙越窄,吸收光谱红移现象越显著,吸收强度越强.计算结果与实验结果相一致.     

First-principles investigation of the electronic structure and magnetism of eskolaite

The electronic structure and magnetism of eskolaite are studied by using first-principles calculations where the on-site Coulomb interaction and the exchange interaction are taken into account and the LSDA+U method is used. The calculated energies of magnetic configurations are very well fitted by the Heisenberg Hamiltonian with interactions in five neighbour shells; interaction with two nearest neighbours is found to be dominant. The Néel temperature is calculated in the spin-3/2 pair-cluster approximation. It is found that the measurements are in good agreement with the calculations of lattice parameters, density of states, band gap, local magnetic moment, and the Néel temperature for the values of U and J that are close to those obtained within the constrained occupation method. The band gap is of the Mott--Hubbard type.     

Sb系half-Heusler合金磁性及电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Sb系half-Heusler合金XYSb(X=Ni,Pd,Pt;Y=Mn,Cr)的晶体结构、磁性及电子结构.计算结果表明,在平衡晶格常数下,合金NiMnSb为半金属,其他为金属.合金的总磁矩主要由Y元素自旋磁距贡献,随着元素X原子序数减小,费米能级移向自旋向下能带导带底;压缩使费米能级上移,远离Sb原子p能带,PtMnSb,PdMnSb与NiCrSb在压应力下可实现金属—磁性半金属转变.关键词：第一性原理磁性电子结构金属—磁性半金属转变     

Tl掺杂对InI禁带宽度和吸收边带影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了未掺杂与不同浓度的Tl原子取代In原子的In1-xTlxI超胞模型,分别对模型进行了几何优化、能带分布、态密度分布和吸收光谱的计算.结果表明:Tl掺杂浓度越小,In1-xTlxI形成能越低,晶体结构越稳定;Tl的掺入使得InI体系导带向高能方向移动,而价带顶位置基本没变,导致禁带宽度变宽,InI吸收光谱出现明显蓝移现象.     

The geometrical structure,electronic structure and magnetism of bimetallic Au<Subscript><Emphasis Type="Italic">n</Emphasis></Subscript>M<Subscript>2</Subscript> (<Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>=1, 2; M=Y,Zr, Nb,Mo, Tc,Ru, Rh,Pd) clusters

The geometrical structure, stability, magnetism, and electronic structure of bimetallic clusters AuM₂ and Au₂M₂, where M are 4d transition metal elements, are investigated systematically by using the first-principles method based on density functional theory. The calculation results show that there is a large amount of low-energy isomers with the very similar structure. AuM₂ and Au₂M₂ clusters display dramatic magnetism. The magnetic moment of the 4d element is either enhanced or weakened with respect to the bulk value, which is largely dependent on the orbital exchange-splitting. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10674015 and 10604035)     

Ga高掺杂对ZnO的最小光学带隙和吸收带边影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 建立了纯的和四种不同Ga掺杂量的ZnO超胞模型, 分别对模型进行了几何结构优化、能带结构分布、态密度分布和吸收光谱的计算. 结果表明, 在本文限定的Ga掺杂量2.08 at%–6.25 at%的范围内, 随着Ga掺杂量的增加, 掺杂后的ZnO体系体积变化不是很大, 但是, 掺杂体系ZnO的能量增加, 掺杂体系变得越来越不稳定, 同时, 掺杂体系ZnO的Burstein-Moss 效应越显著, 最小光学带隙变得越宽, 吸收带边越向高能方向移动. 计算结果和实验结果相一致.关键词：Ga高掺杂ZnO电子结构吸收光谱第一性原理     

Al高掺杂浓度对ZnO禁带和吸收光谱影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 建立了未掺杂与不同浓度的Al原子取代Zn原子的两种Zn_1-xAl_xO超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布和能带分布的计算. 结果表明: ZnO高掺杂Al的条件下, 掺杂的Al原子浓度越大,间隙带越窄, 蓝移越弱. 计算结果和实验结果相一致.     

Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 建立了未掺杂与不同浓度的Mn原子取代Zn原子的三种Zn_1-xMn_xO超胞模型, 分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布和吸收光谱的计算. 结果表明: 电子非自旋极化处理的条件下, Mn掺杂浓度越小, ZnO形成能越小, 掺杂越容易, 晶体结构越稳定; Mn的掺入使得ZnO体系的杂质能带和导带发生简并化, 并且导带底和价带底同时向低能方向移动, 掺杂后的导带比价带下降得少导致禁带宽度变宽, ZnO吸收光谱明显出现蓝移现象, 计算结果和实验结果相一致. 同时, 电子自旋极化处理的条件下, 体系有磁性, 吸收光谱发生红移现象. 计算结果与相关实验结果相符合.