扶手椅型碳化硅纳米管电子结构和光学性质的研究

本文基于密度泛函理论研究了扶手椅型碳化硅纳米管(SiCNT)的电子结构、成键机制以及其光学性质。研究结果表明:当碳和硅的原子比为1∶1时,SiCNT的结构最为稳定,并且表现出诸多的优良性质。通过分析计算结果我们发现,SiCNT是间接带隙材料,并且管子的带隙随着直径的增加而增加。从SiCNT的轨道图谱中我们看到碳和硅原子之间属于sp2杂化,同时硅原子周围的电子密度明显要低于碳原子周围的电子密度。对能态密度的计算我们得知碳原子和硅原子分别主导价带和导带。与其它纳米管(BN)有所不同,SiCNT的光学性质更接近于各向同性材料。     

扶手椅型氮化镓纳米管电子结构与传输特性的研究

本文采用密度泛函理论和非平衡格林函数对扶手椅型氮化镓纳米管（n,n）（2≤ n ≤10）的电子结构和输运性质进行了研究。结果表明,所有的扶手椅型氮化镓纳米管都是间接带隙半导体,带隙随着纳米管直径的增加而增加,并且得到了两极体系下氮化镓纳米管的电流-电压曲线。氮化镓纳米管的半导体特性随着纳米管直径的增加越来越明显,电子态密度和电子透射光谱都具有脉冲型尖峰并且最大峰值随着n的增加而增加。这说明电子态密度和电子透射光谱峰在能量范围内,有较好的对应关系。     

新型NO2化学传感器:碳化硅纳米管

气体吸附对碳化硅纳米管的电子结构的影响是理解碳化硅纳米管气敏传感器工作机理的基础.基于密度泛函理论,利用CASTEP软件包计算NO₂气体吸附前后的碳化硅纳米管的结构及其电子结构.结果表明,NO₂气体与碳化硅纳米管间形成了稳定的吸附,并明显的增强了碳化硅纳米管的导电特性.碳化硅纳米管是制备气体传感器的理想材料之一,为开发应用于NO₂气体检测的碳化硅纳米管提供必要的理论支持.     

Fe掺杂单壁ZnS纳米管磁性质

采用第一性原理密度泛函理论系统研究Fe原子掺杂单壁ZnS纳米管的结构和磁性质.首先比较掺杂纳米管的稳定性.结果表明,掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是一个放热反应.单掺杂纳米管的总磁矩等于掺杂的磁性原子的磁矩,主要来自Fe原子3d态的贡献.Fe原子掺杂单壁ZnS纳米管趋向于反铁磁态.为了得到稳定的铁磁态,用一个C原子替代掺杂体系中的一个S原子.计算发现铁磁态的能量比亚铁磁态低0.164 eV的.在铁磁态和反铁磁态之间存在的巨大的能量差,表明此掺杂体系可能获得室温铁磁性.     

硫化锌纳米管稳定性、电子性质和磁性质的比较研究

用第一性原理方法系统地研究硫化锌纳米管的稳定性、电子性质和掺杂磁性质.比较三种纳米管的稳定性.研究表明,六边形截面的双壁管的稳定性最高,相同截面的单壁管稳定性次之,而圆截面的之字形和扶手椅纳米管稳定性最低.电子能带结构计算表明它们都是直接带隙半导体.纳米管表面氢吸附后,六边形截面的单壁管转变为间接带隙半导体.研究了磁性原子掺杂六边形截面管的磁性质.发现掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是一个放热反应.纳米管的总磁矩等于掺杂的磁性原子的磁矩.这些单掺杂纳米管在可调磁的新材料方面有潜在的应用价值.     

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。     

钒基固溶体储氢材料弹性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赝势平面波方法,计算了（59Cr-41Ti）_100－xV_x（x=5,15,30,60,80,100）六种钒基储氢合金的晶格常数、弹性性质和电子态密度,计算结果与实验值符合较好.发现当x=60时的钒基合金具有较好弹性性质,杨氏模量为14930 GPa,切变模量为5442 GPa及体弹模量为19396 GPa.结合实验循环性能分析认为在吸放氢过程中合金已经发生塑性变形,弹性 关键词： 钒基固溶体 储氢合金材料 密度泛函理论 弹性性质     

反位缺陷对碳化硅纳米管电子结构和光学性质影响研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对含有反位缺陷（5,5）单壁碳化硅纳米管的电子结构和光学性质进行了研究.纳米管进行结构优化的结果显示,C_Si缺陷在纳米管表面形成了凹陷,Si_C缺陷形成了凸起;反位缺陷在纳米管的导带底附近形成了缺陷能级,使纳米管表现出n型导电的特点,由价带顶到缺陷能级的跃迁,在垂直和平行于纳米管管轴方向上形成了新的介电峰.     

高压下ZnTe的电子结构和光电性质

应用第一性原理平面波赝势计算方法,研究了闪锌矿ZnTe晶体在外界压力下的电子结构和光电性质,并计算了介电函数和光学吸收系数随压力的变化情况。结果表明:在高压作用下,Te原子和Zn原子的态密度分布都向低能量方向移动,分布范围增大,Te 5p和Zn3d电子轨道杂化变强。随着压力的增大,直接带隙逐渐增大,而间接带隙逐渐变小。当压力为10.7GPa时,能带结构从直接带隙转变为间接带隙结构。压力增大,有利于Te 5p与Zn3d电子间的跃迁,光吸收系数增大,产生更多的电子-空穴对,材料导电能力增强。     

扶手椅型硅纳米管的电学性质研究

本文采用密度泛函理论的第一性原理方法,对手性指数m=n=K（K为3～15的整数）的扶手型硅纳米管的能带结构和态密度进行了研究。计算结果表明,扶手型（3,3）硅纳米管为间接带隙结构,其余均为直接带隙结构;随着手性指数的增加,硅纳米管的直径增大,硅纳米管的禁带宽度逐渐减小,且导带逐渐下移,总态密度图峰值强度增大;扶手型（3,3）硅纳米管的禁带宽度最大;扶手型（13,13）硅纳米管的禁带宽度最小,说明其导电性优于其他手性指数的扶手椅型硅纳米管;同时,扶手型（4,4）硅纳米管的导带和价带出现重叠,说明扶手型（4,4）硅纳米管为金属性纳米管;态密度图表明扶手型（9,9）硅纳米管的价带顶主要由Si-3p电子态构成,导带底由Si-3p态电子和Si-3s态电子共同构成。     

氧钝化石墨纳米带电子和光学性质的第一性原理

采用第一性原理方法,研究了氧原子钝化的扶手椅型石墨纳米带的结构、电磁特性和光学性质. 氧原子钝化的石墨纳米带比氢原子钝化稳定,显示出金属性质. 自旋极化计算的能带和态密度研究表明,该纳米带反铁磁态比铁磁态稳定,表现为反铁磁半导体特征. 由于边沿钝化的氧原子的影响,该系统的介电函数有明显的红移,且第一个介电峰主要由最高价带贡献. 介电函数、折射系数、吸收系数及能量损失等的峰值与电子跃迁吸收有关.     

锯齿型硅纳米管不同手性下的电学与光学性质

本文用第一性原理中的局域密度近似方法,计算了锯齿型单壁硅纳米管(single-walled silicon nanotubes,SWSiNTs)的能带结构、态密度、吸收谱及反射谱.计算结果表明当n=6～9时,带隙为0,该组SWSiNTs具有金属性;当n=10～21时,能带图出现带隙,该组SWSiNTs具有半导体性;当n=13～21时,该组SWSiNTs的带隙以3组手性指数为周期减小;并在吸收谱和反射谱都会在一些相似频率值附近产生峰值.     

Ag掺杂AlN半导体光电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平面波超软赝势法,对Ag掺杂AlN 32原子超晶胞体系进行几何结构优化,计算并分析体系的电子结构、磁性和光学性质.结果表明:Ag掺杂后,Ag4d态电子与其近邻的N2p态电子发生杂化,引入杂质带形成受主能级,实现p型掺杂,使体系的导电能力增强,同时表现出金属性和弱磁性,其净磁矩为1.38μ_в.掺杂形成的N-Ag键电荷集居数较小,表现出强的离子键性质.掺杂后体系的介电函数虚部和光吸收谱在低能区出现新的峰值,同时复折射率函数在低能区发生变化,吸收边向低能方向延展,体系对长波吸收加强,能量损失明显减小.     

CdSexS1-x电子学结构及光学性质的第一性原理研究

CdSe是Ⅱ-Ⅵ族中重要的半导体材料,一定条件下可与CdS形成无限固溶体CdSexS1-x(0≤x≤1)。CdSexS1-x在薄膜太阳电池及光电器件等领域具有重要的应用,对CdSexS1-x的电子学结构和光学性质进行研究有助于进一步提高其在光电器件等方面的应用。基于第一性原理,采用平面波超软赝势方法,计算了CdSexS1-x的电子学结构及光学性质,并将计算结果与实验进行了对比。结果表明,CdSexS1-x的晶格常数随着Se组分的增加呈线性增大趋势,态密度向低能级方向移动,禁带宽度减小,光吸收边发生一定程度的蓝移。当Se含量为0.5时,CdSexS1-x的光折射、反射和能量损失最大。除了Se和S的比例为1∶1时CdSexS1-x所属晶系为三斜晶系,其他比例下均为立方晶系。理论计算结果与实验符合。     

类石墨烯硼-磷单层材料的电子与光学性能的第一性原理计算研究

基于第一性原理计算,对硼-磷单层材料的电子结构和光学性质进行系统地理论研究. 全局结构搜索和第一性原理分子动力学模拟现实二维硼-磷单层材料能量最低的结构与石墨烯类似,具有很高的稳定性. 类石墨烯二维硼-磷单层是直接带隙半导体,带隙宽度1.37 eV,其带隙宽度随层数增加而减少. 硼-磷单层的带隙宽度受外界应力影响.硼-磷单层的载流子迁移率达到106 cm2/V. MoS2/BP二维异质结可用于光电器件,其理论光电转换效率为17.7%?19.7%. 表明类石墨烯硼-磷二维材料在纳米电子器件与光电子器件的潜在应用价值.     

ZnO/GaN核壳异质结电子结构和光学特性第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理方法计算了ZnO/GaN核壳异质结的电子结构和光学特性.计算结果表明:[10 10]和[11 20]晶面的异质结在带隙边缘价带顶和导带底的电子态密度各自主要由氮原子和锌原子贡献.以[10 10]晶面为侧面的异质结结构的介电函数虚部(ε₂)的曲线具有相似的特征,都是价带的氮原子到导带锌原子的跃迁,但峰位依赖于核层数和壳层数的不同而有所偏移.相对地,以[11 20]晶面为侧面的结构,其ε₂的曲线与[10 10]晶面的情况有着很大的差别,其出现了一个由镓原子与氮原子之间的跃迁形成的峰.因此,可以通过控制异质结的晶面来实现对其光学特性的调控.这种新型异质结将在发光器件、光电太阳能电池、生物探测等方面具有一定的应用价值.     

Electronic and Optical Properties of Cubic SrHfO3

In order to clarify the mechanism of optical transitions for cubic SrHfO₃, we have investigated the electronic structure and optical properties of cubic SrHfO₃ using the plane-wave ultrasoft pseudopotential technique based on the first-principles density-functional theory (DFT). The ground-state properties, obtained by minimizing the total energy, are in favorable agreement with the previous work. From the band structure and charge densities as well as the theory of crystal-field and molecular-orbital bonding, we have systematically studied how the optical transitions are affected by the electronic structure and molecular orbitals. Our calculated complex dielectric function is in good agreement with the experimental data and the optical transitions are in accord with the electronic structure.     

Effect of Density and Surface Roughness on Optical Properties of Silicon Carbide Optical Components

The effect of density and surface roughness on the optical properties of silicon carbide optical components is investigated. The density is the major factor of the total reflectance while the surface roughness is the major factor of the diffuse reflectance. The specular reflectance of silicon carbide optical components can be improved by increasing the density and decreasing the surface roughness, in the form of reducing bulk absorption and surface-related scattering, respectively. The contribution of the surface roughness to the specular reflectance is much greater than that of the density. When the rms surface roughness decreases to 2.228nm, the specular reflectance decreases to less than 0. 7% accordingly.