(Co,P)双掺杂MgF2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纯MgF2晶体、Co掺杂MgF2晶体、P掺杂MgF2晶体和(Co,P)双掺杂MgF2晶体的电子结构和光学特性.结果表明,掺杂后的MgF2晶体发生了畸变,原子之间的键长也有所变化.(Co,P)双掺杂后,由于非金属原子p态和金属原子d态之间的轨道杂化,在MgF...     

Cr、Sn、Co掺杂对层状二维材料MoSi2N4的电子和光学性能的影响(英文)

基于新合成的二维材料MoSi₂N₄(MSN),我们建立了一系列MSN的掺杂模型进行了第一原理计算。首先,我们计算了本征MSN的电子特性,包括其能带结构和态密度。然后我们研究了Cr、Sn和Co掺杂对MSN的电子和光学性质的影响。结果表明,在3种掺杂体系中,Co掺杂体系表现出最低的形成能,这表明Co掺杂体系是最稳定的。通过带隙计算表明,尽管3种掺杂模型都降低了MSN的固有带隙,但却表现出3种不同的电子特性。态密度图也显示,Cr和Co掺杂体系都在导带底(CBM)和价带顶(VBM)附近产生局部尖峰。此外,光学性质的计算中表明,掺杂后体系的光学性质也得到了改善。     

Ag_3XO_4(X=P,As,V)电子结构及光催化性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理对Ag_3XO_4(X=P,As,V)电子结构及光催化性质进行了对比研究。与Ag_3XO_4相比,Ag_3VO_4较好的光催化稳定性主要源于其结构中Ag-O间较强的作用力增加了对Ag+的控制,而Ag_3VO_4弱的光催化活性与其导带底中存在d轨道成份以及较低的价带边势(2.335 V,vs NHE)有关;对Ag_3AsO_4而言,其优于Ag_3XO_4光催化活性的原因基于三个方面:(1)由高分散Ags-Ags杂化轨道构成的导带底能带;(2)窄的带隙(1.91 e V);(3)宽的可见光响应范围以及高的光吸收系数。此外,Ag_3XO_4(X=P,As,V)均为间接带隙半导体光催化材料,其中,Ag_3VO_4有用于分解水制氢研究的可能;上述计算结果与实验结果吻合。     

Mn掺杂GaN的电子结构及光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法(PWP)计算Mn掺杂GaN(Ga1-xMnN)晶体的电子结构及光学性质,详细讨论掺杂后电子结构的变化.计算表明,Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N 2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,Ga1-xMnxN表现为半金属性,非常适于自旋注入,说明该种材料是实现自旋电子器件的理想材料.另结合实验结果分析掺杂后体系的光学性质,发现吸收谱在1.3 eV处出现吸收峰,吸收系数随Mn2+浓度增加而增大.分析表明,该峰是源于Mn2+离子e态与t2态间的带内跃迁.     

In2O3电子结构与光学性质的第一性原理计算

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, 计算了In2O3电子结构和光学线性响应函数, 系统研究了In2O3电子结构与光学性质的内在关系. 利用计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的In2O3材料的能量损失函数、介电函数、反射图谱, 根据电荷密度差分图分析了In2O3材料的化学和电学特性. 研究结果表明In2O3光学透过率在可见光范围内高达85%, 可作为优异的透明导电薄膜材料. 同时, 计算结果为我们制备基于In2O3透明导电材料的设计与大规模应用提供了理论依据, 也为监测和控制这一类透明导电材料的生长过程提供了可能性.     

α,β,γ,δ,ε,η-Bi_2O_3电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的CASTEP模块研究了α,β,γ,δ,ε和η-Bi_2O_3晶型,计算分析了其几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质.结果表明,α,ε和η相均为层状结构,其中,α和ε相为单层—Bi—O—结构,而η相为双层—Bi—O—结构;β,γ和δ相为—Bi_m—O_n—交错结构,其中δ相交错尤为密集,呈现导体特性.各晶相的导带均由Bi 6p态构成,价带由O__(2p)态起主导作用.电势电位分析结果表明,6种晶相价带电位均在H_2O/O_2之下,具有强氧化能力,与实验报道的光催化氧化能力大小顺序γ-Bi_2O_3β-Bi_2O_3α-Bi_2O_3δ-Bi_2O_3一致,而导带还原电位低于H_2/H_2O,预测纯Bi_2O_3很难具备催化产氢能力.光学性质分析发现,γ和δ相的起始响应波长较大,说明其应具备红外激发的性质.这些结果可为获得偏红外激发和较宽光谱响应的Bi_2O_3材料研究提供理论基础,为研发和应用Bi_2O_3及其复合物提供重要的指导.     

聚偏二氟乙烯晶体的电子结构和光学性质

利用含Tkatchenko-Scheffler(TS)色散修正的密度泛函理论的第一性原理方法对九种聚偏二氟乙烯(PVDF)晶相的电子结构和光学性质进行了计算.结果表明,PVDF晶体作为一种绝缘体,能带具有密集且平直等特征,其带隙值在6.05-7.34 eV之间,且和实验值接近.价带主要是F原子的2s和2p态起主要贡献,导带主要由C原子的2p态和H原子的1s态共同参与构成.在0-35 eV光子能量范围内,介电函数、吸收率、反射率和折射率等光学性质发生变化主要在深紫外区域.根据介电函数等光学参数的谱特点,可以将九种PVDF的晶相划分为{Ip},{IIpu},{IIau,IIad,IIpd,IIIpu},{IIIau,IIIad,IIIpd}等四类,每一类都具有相似的光学参数特点.     

In2O3电子结构与光学性质的第一性原理计算

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, 计算了In2O3电子结构和光学线性响应函数, 系统研究了In2O3电子结构与光学性质的内在关系. 利用计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的In2O3材料的能量损失函数、介电函数、反射图谱, 根据电荷密度差分图分析了In2O3材料的化学和电学特性. 研究结果表明In2O3光学透过率在可见光范围内高达85%, 可作为优异的透明导电薄膜材料. 同时, 计算结果为我们制备基于In2O3透明导电材料的设计与大规模应用提供了理论依据, 也为监测和控制这一类透明导电材料的生长过程提供了可能性.     

聚偏二氟乙烯晶体的电子结构和光学性质

利用含Tkatchenko-Scheffler(TS)色散修正的密度泛函理论的第一性原理方法对九种聚偏二氟乙烯(PVDF)晶相的电子结构和光学性质进行了计算. 结果表明,PVDF晶体作为一种绝缘体,能带具有密集且平直等特征,其带隙值在6.05-7.34 eV之间,且和实验值接近. 价带主要是F原子的2s和2p态起主要贡献,导带主要由C原子的2p态和H原子的1s态共同参与构成. 在0-35 eV光子能量范围内,介电函数、吸收率、反射率和折射率等光学性质发生变化主要在深紫外区域. 根据介电函数等光学参数的谱特点,可以将九种PVDF的晶相划分为{Ⅰ_p},{Ⅱ_pu},{Ⅱ_au,Ⅱ_ad,Ⅱ_pd,Ⅲ_pu},{Ⅲ_au,Ⅲ_ad,Ⅲ_pd}等四类,每一类都具有相似的光学参数特点.     

过渡金属原子X (X=Mn、Fe、Co)掺杂单层Janus WSSe的第一性原理研究

二维Janus WSSe作为一种新兴的过渡金属硫族化合物(TMDs)材料,由于其打破了面外镜像对称性,且具有内在垂直压电和强Rashba自旋轨道耦合效应等丰富的物理特性,在自旋电子器件中具有巨大的应用潜力。本文基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了过渡金属原子X(X=Mn、Fe、Co)掺杂单层Janus WSSe的电子结构、磁性和光学性质。结果表明：在Chalcogen-rich(硫族元素为多数元素)条件下的掺杂比在W-rich(钨元素为多数元素)条件下的掺杂展现出更高的稳定性,且掺杂后所有体系均表现出磁性。值得一提的是,对该体系进行Mn掺杂后,自旋向上通道出现杂质能级,WSSe由原来的非磁性半导体转变成磁矩为1.043μ_B的铁磁性半金属。而Fe、Co的掺杂使得自旋向上通道和自旋向下通道均出现杂质能级,呈现出磁矩分别为1.584μ_B、2.739μ_B的金属性。此外,掺杂体系的静态介电常数都显著增加,极化程度增强,且介电函数虚部和光吸收峰都发生了红移,说明掺杂有利于对可见光的吸收。     

Structural,Electronic, and Optical Properties of Hexagonal XC6 (X=N,P, As,and Sb) Monolayers

Based on first-principles calculations, a novel family of two-dimensional (2D) IV–V compounds, XC₆ (X=N, P, As and Sb), is proposed. These compounds exhibit excellent stability, as determined from the cohesive energies, phonon dispersion analysis, ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations, and mechanical properties. In this type of structure, the carbon atom is sp² hybridized, whereas the X (N, P, As and Sb) atom is nonplanar sp³ hybridized with one 2p_z orbital filled with lone pair electrons. NC₆, PC₆, AsC₆ and SbC₆ monolayers are intrinsic indirect semiconductors with wide bandgaps of 2.02, 2.36, 2.77, and 2.85 eV (based on HSE06 calculations), respectively. After applying mechanical strain, PC₆, AsC₆ and SbC₆ monolayers can be transformed from indirect to direct semiconductors. The appropriate bandgaps and well-located band edge positions make XC₆ monolayers potential materials for photocatalytic water splitting. XC₆ family members also have high absorption coefficients (∼10⁵ cm⁻¹) in the ultraviolet region and higher electron mobilities (∼10³ cm² V⁻¹ s⁻¹) than many known 2D semiconductors.     

Cu-Doped MoSi2N4 Monolayer as a Potential NH3 Sensor

Cu doped MoSi₂N₄ monolayer (Cu-MoSi₂N₄) was firstly proposed to analyze adsorption performances of common gas molecules including O₂, N₂, CO, NO, NO₂, CO₂, SO₂, H₂O, NH₃ and CH₄ via density functional theory (DFT) combining with non-equilibrium Green's function (NEGF). The electronic transport calculations indicate that Cu-MoSi₂N₄ monolayer has high sensitivity for CO, NO, NO₂ and NH₃ molecules. However, only NH₃ molecule adsorbs on the Cu-MoSi₂N₄ monolayer with moderate strength (−0.55 eV) and desorbs at room temperature (2.36×10⁻³ s). Thus, Cu-MoSi₂N₄ monolayer is demonstrated as a potential NH₃ sensor.     

低温相GeO2晶体的合成及其电子结构与光学性质第一性原理计算

通过低温水热的合成方法合成了一例新的低温相GeO₂晶体(l-GeO₂), 并对其进行了红外光谱、热重以及X射线衍射的分析表征. 晶体学测试结果表明, l-GeO₂属于四方晶系, P4/mcc空间群, 晶胞参数a＝b＝8.832(4) Å, c＝14.479(7) Å, V＝1129.4(9) ų, Z＝4, R₁＝0.0629, wR₂＝0.1540. 晶体结构中包含一个由4个双四元环单元(D4R)和4个GeO₄四面体交替相连而形成的沿[001]方向的一维(1D) 12-元环孔道. 采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法, 对l-GeO₂的电子结构和光学性质进行了理论计算. 计算结果表明l-GeO₂为直接带隙半导体, 带宽为3.31 eV|其价带主要由O的2p电子构成, 导带主要由Ge的4s和4p态电子构成|静态介电常数ε₁(0)＝1.92, 折射率n(0)＝1.24, 吸收系数最大峰值为8.9×10⁴ cm^－1, 最大反射率为12%. 比较分析了l-GeO₂与石英相GeO₂ (q-GeO₂)和金红石相GeO₂ (r-GeO₂)的复介电函数、复折射率、吸收谱以及反射谱等光学性质的异同点. 结果显示l-GeO₂的能带结构和光学性质与q-GeO₂较接近, 与r-GeO₂的相差较大.     

The First Principle Calculation of Electronic Structure and Optical Properties of CdGeAs_2

The electronic structure and optical properties of CdGeAs2 were calculated by the first principle method using ultra-soft pseudo-potential approach of the plane wave based upon density functional theory （DFT）. Mulliken population analysis showed that atomic orbital hybridization occurs when forming chemical bonds. The relationship between inter-band transition and optical properties was analyzed to provide a theoretical basis for investigating or controlling CdGeAs2 crystal defects.     

Effect of Zr and C Co-doping on the Optical Properties and Electronic Structure of TiO_2

The systematic trends and effect introduced by Zr and C co-doping to TiO2 of electronic structure and optical properties of anatase TiO2 have been calculated by the plane-wave ultra-soft pseudopotential density functional theory (DFT) method within the generalized gradient approximation (GGA) for the exchange-correlation potential. Through the current calculations, the density of states (DOS), energy band structure and optical absorption coefficients have been obtained for TiO2 and compared with the doped TiO2, and the influence of electronic structure and optical properties caused by Zr and C co-doping has been presented qualitatively together. The results revealed that the energy band gap has been decreased owing to the doped Zr and C, whereas the optical absorption coefficients have been increased in the region of 400～800 nm and a red shift of absorption band can be found. Accordingly, photo catalytic activity of TiO2 has been enhanced. The current calculations are in good agreement with the experimental data.     

C59(C6H4CH3)N的结构、UV-VIS光谱、NMR谱以及非线性光学性质的理论研究

用ＩＮＤＯ 系列方法对由（Ｃ５９Ｎ）２和甲苯合成的衍生物Ｃ５９ （Ｃ６Ｈ４ＣＨ３）Ｎ进行了理论研究,得到了分子的稳定构型,表明Ｃ５９（Ｃ６Ｈ４ＣＨ３）Ｎ具有Ｃｓ对称性。以优化构型为基础讨论了分子的ＵＶ－ＶＩＳ光谱、ＮＭＲ谱,结果与实验符合得很好。还计算了Ｃ５９－（Ｃ６Ｈ４ＣＨ３）Ｎ的二阶非线性光学系数βμ,结果表明这种分子具有较大的二阶非线性光学系数。     

黄铜矿型半导体材料CuAlX2 (X=S,Se, Te)的电子结构和光学性质

采用基于赝势平面波基组的密度泛函理论方法,研究具有黄铜矿结构的CuAlX2(X=S,Se,Te)晶体的电子结构,并预测了它们的线性和非线性光学性质.结果表明:这些化合物具有相似的能带结构,带隙随X原子从S→Se→Te依次减小.三种晶体的静态介电常数、静态折射率和静态倍频系数d36的变化情况与带隙的变化相反,随着X原子自S→Se→Te改变依次递增,但静态双折射率依次递减.该系列化合物的倍频效应主要来源于价带顶附近的占据能带向以Al和X原子的p电子态为主要成分的空带之间的跃迁.在三种晶体中,CuAlTe2除静态双折射率偏小外,其它光学性能要优于CuAlS2和CuAlSe2.     

N,N-二(2-苯并咪唑亚甲基)甲胺高氯酸盐的晶体和电子结构

合成了三齿配体N,N-二(2-苯并咪唑亚甲基)甲胺(MN3)的高氯酸盐.对该化合物进行了元素分析、紫外和红外表征;采用X射线衍射方法测定了该化合物的晶体结构,依据晶体结构数据使用G98程序对配体(MN3)进行了量子化学计算.     

C59(C6H4OCH3)N的结构、光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

用INDO系列方法对由(C₅₉N)₂和苯甲醚合成的衍生物C₅₉(C₆H₄OCH₃)N进行了理论研究,得到了分子的稳定构型.结果表明,C₅₉(C₆H₄OCH₃)N具有C_s对称性.以优化构型为基础讨论了分子的UV-Vis光谱、NMR谱线数,结果与实验符合得很好.本文还计算了C₅₉(C₆H₄OCH₃)N的二阶非线性光学系数β_μ,结果表明这种物质具有较大的二阶非线性光学系数.