N/Cu共掺杂锐钛矿型TiO2第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法, 采用局域自旋密度近似加Hubbard U值方法研究了纯锐钛矿型TiO₂, N, Cu单掺杂TiO₂及N/Cu共掺杂TiO₂ 的晶体结构、电子结构和光学性质. 研究结果表明, 掺杂后晶格发生相应畸变, 晶格常数变大. N 和Cu的掺杂在TiO₂禁带中引入杂质能级, 禁带宽度发生相应改变. 对于N掺杂TiO₂禁带宽度减小较弱, 而Cu掺杂和N/Cu共掺TiO₂禁带宽度显著降低, 导致吸收光谱明显红移, 光学催化性增强, 有利于实际应用.     

First-principles calculations of structural and electronic properties of Tl_xGa_(1-x)As alloys

The zincblende ternary alloys Tl_xGa_(1-x) As(0 x 1) are studied by numerical analysis based on the plane wave pseudopotential method within the density functional theory and the local density approximation. To model the alloys,16-atom supercells with the 2 × 2 × 2 dimensions are used and the dependency of the lattice parameter, bulk modulus,electronic structure, energy band gap, and optical bowing on the concentration x are analyzed. The results indicate that the ternary Tl_xGa_(1-x) As alloys have an average band gap bowing parameter of 4.48 eV for semiconductor alloys and 2.412 eV for semimetals. It is found that the band gap bowing strongly depends on composition and alloying a small Tl content with GaAs produces important modifications in the band structures of the alloys.     

介质阻挡放电中体放电和沿面放电的光谱线形研究

在放电间隙较大的介质阻挡放电中,利用高速照相机,同时观察到了体放电(VD)和沿面放电(SD)。采用光谱法,研究了VD和SD的光谱线形随放电参数的变化。在氩气介质阻挡放电中,测量了VD和SD的Ar Ⅰ(2P₂→1S₅)谱线展宽和频移随气压及放电间隙的变化。结果发现：SD的展宽和频移均比VD的大,说明SD的电子密度高于VD的电子密度;随着压强从40 kPa增大到60 kPa,VD和SD的谱线展宽及频移均增加,表明它们的电子密度均随压强的增大而升高;随着d值从3.8 mm增大到4.4 mm,VD和SD的谱线展宽也增加,反映它们的电子密度均随d值的增大而增加。     

黑索金电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对黑索金晶体的电子结构和光学性质进行了计算. 结果表明: 黑索金是能隙值为3.43 eV的绝缘体, 价带主要由C, N和O的2s与2p态构成, 而导带主要由N-2p和O-2p态构成; 静态介电函数ε₁(0)=1.38, 介电常数的虚部有5个峰值, 其中最大峰值在光子能量4.59 eV处, 并对造成这些峰值的可能的电子跃迁做了详细分析. 利用能带结构和态密度分析了黑索金的光反射系数、吸收系数及能量损失函数等光学性质, 发现黑索金是对光吸收、反射及能量损失不敏感的材料. 关键词： 黑索金 第一性原理 电子结构 光学性质     

畸形钙钛矿DyMnO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的广义梯度近似对畸形钙钛矿DyMnO₃的基态电子结构及光学性质进行计算和分析.结果表明优化的晶体结构参数与实验结果相符合,DyMnO₃具有非间接带隙大小为0.91 eV的能带结构,结合态密度分析了各元素价电子态的分布.计算分析包括介电常数,吸收系数,反射率等光学性质.     

3C-SiC材料p型掺杂的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法,研究了SiC材料p型掺杂的晶体结构和电子结构性质,得到了优化后体系的结构参数,掺杂形成能,能带结构和电子态密度,计算得到掺杂B,Al,Ga在不同浓度下的禁带宽度.结果表明:随着掺杂B原子浓度的增大,禁带宽度随之减小;而随着掺杂Al,Ga原子浓度的增大,禁带宽度随之增大;在相同浓度下,掺杂Ga的禁带宽度大于掺杂Al,掺Al禁带宽度大于掺B. 关键词： SiC 电子结构 掺杂 第一性原理软件     

不同电子取代基卟啉化合物的光谱和DFT研究

采用实验与密度泛函理论计算(DFT)相结合,研究了不同电子取代基修饰的5-邻羟基苯基-10,15,20-三苯基卟啉(TPPOH)和5-邻羟基苯基-10,15,20-三(对甲氧基)苯基卟啉[(p-OCH₃)TPPOH]化合物的吸收光谱及其电化学性质。结果表明,相对于TPPOH,由于对位甲氧基(-OCH₃)给电子能力强致使(p-OCH₃)TPPOH的卟啉环电子云密度增加,从而引起吸收光谱红移(3 nm)、氧化还原电位发生明显的负移,最高占据分子轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能级差降低0.06 eV。DFT理论分析分子前线轨道电子分布结果显示(p-OCH₃)TPPOH的HOMO和LUMO轨道能量均增加,而能级差却比TPPOH能级差小0.05 eV。理论结果与电化学和光谱实验结论一致,并进一步阐明了光谱和电化学性质变化机理,为揭示不同取代基卟啉化合物的设计与应用提供重要依据。     

Electronic structure and optical properties of Mg_xZn_(1-x)S bulk crystal using first-principles calculations

We perform the first-principles calculations within the framework of density functional theory to determine the elec- tronic structure and optical properties of MgxZnl-xS bulk crystal. The results indicate that the electronic structure and optical properties of MgxZnl_xS bulk crystal are sensitive to the Mg impurity composition. In particular, the MgxZnl-xS bulk crystal displays a direct band structure and the band gap increases from 2.05 eV to 2.91 eV with Mg dopant compo- sition value x increasing from 0 to 0.024. The S 3p electrons dominate the top of valence band, while the Zn 4s electrons and Zn 3p electrons occupy the bottom of conduction band in MgxZnl_xS bulk crystal. Moreover, the dielectric constant decreases and the optical absorption peak obviously has a blue shift. The calculated results provide important theoretical guidance for the applications of MgxZn1-xS bulk crystal in optical detectors.     

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.     

第一性原理研究Eu/N共掺杂锐钛矿TiO2光催化剂的电子和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法, 运用Vasp方法计算了Eu, N掺杂及Eu/N共掺杂锐钛矿TiO₂的结构, 并分析了其电子及光学性质. 通过计算发现有一些Eu的4f态电子在Eu掺杂锐钛矿TiO₂的体系的费米能级附近出现杂质能级, 并且N掺杂会使得锐钛矿TiO₂的禁带宽度减小. 对于共掺杂体系而言, Eu/N共掺杂的协同效应能导致锐钛矿TiO₂的晶格畸变及禁带宽度减小. 与此同时, 计算得到的光吸收谱表明Eu/N混合掺杂锐钛矿TiO₂展现出了明显的光谱吸收边缘红移. 这些计算结果表明Eu/N共掺杂锐钛矿TiO₂具有优良的光催化活性. 关键词： 2')" href="#">TiO₂ 共掺杂 可见光催化剂 密度泛函理论     

Tunable band gap and optical properties of surface functionalized Sc_2C monolayer

Using the density functional theory, we have investigated the electronic and optical properties of two-dimensional Sc_2C monolayer with OH, F, or O chemical groups. The electronic structures reveal that the functionalized Sc_2C monolayers are semiconductors with a band gap of 0.44–1.55 eV. The band gap dependent optical parameters, like dielectric function, absorption coefficients, reflectivity, loss function, and refraction index were also calculated for photon energy up to 20 eV. At the low-energy region, each optical parameter shifts to red, and the peak increases obviously with the increase of the energy gap. Consequently, Sc_2C monolayer with a tunable band gap by changing the type of surface chemical groups is a promising 2D material for optoelectronic devices.     

FIRST-PRINCIPLE SELF-CONSISTENT PSEUDOPOTENTIAL CALCULATION OF THE ELECTRONIC STRUCTURES OF SHORT-PERIOD (GaAs)m(AlAs)n SUPERLATT1CES

With the local density approximation, the band structares of the short-period (GaAs)₁(AlAs)₁ and (GaAs)₂(AlAs)₁ superlattices are calculated by using the first-principle self-consistent pseudopotential method. The results show that the (GaAs)₁(AlAs)₁ superlattice is an indirect semiconductor, and the lowest conduction band state is at point R in the Brillouin zone; the (GaAs)₂(AlAs)₁ superlattice is a direct semiconductor and the lowest conduction band state is at point Γ. The squared matrix elements of transition are calculated. The pressure coefficients of energy gaps of the (GaAs)₁(AlAs)₁ and (GaAs)₂(AlAs)₁ superlattices are calculated and compared with those obtained by hydrostatic pressure experiments.     

(Cu,N)共掺杂TiO2/MoS2异质结的电子和光学性能:杂化泛函HSE06

在密度泛函理论的基础上,系统地研究了Cu/N（共）掺杂的TiO₂/MoS₂异质结体系的几何结构、电子结构和光学性质.计算发现,TiO₂/MoS₂异质结的带隙相比于纯的TiO₂（101）表面明显变小,Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂异质结体系的禁带宽度也明显地减小,这导致光子激发能量的降低和光吸收能力的提高.通过计算Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂的差分电荷密度,发现光生电子与空穴积累在掺杂后的TiO₂（101）表面和单层MoS₂之间,这表明掺杂杂质体系可以有效地抑制光生电子-空穴对的复合.此外,我们计算了在不同压力下TiO₂/MoS₂异质结的几何、电子和光学性质,发现适当增加压力可以有效提高异质结的光吸收性能.本文结果表明,Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂异质结和对TiO₂/MoS₂异质结加压都能有效地提高材料的光学性能.     

First-principle study of the electronic and optical properties of BInGaAs quaternary alloy lattice-matched to GaAs

The first-principle calculations based on density functional theory have been used to study the electronic and optical properties of zinc-blende BInGaAs quaternary alloy lattice-matched to GaAs. The calculated results show the band gap of BInGaAs alloy are direct and the band gap will reduce with the increment of boron and indium composition. The electronic structures of BInGaAs alloy are analyzed via the calculation of density of states. The variation of optical properties including dielectric function, absorption coefficient, reflectivity, refractive index and energy loss function of the alloy were also investigated in detail.     

双氮协同钴掺杂锐钛矿相二氧化钛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计算了双氮原子协同钴原子共掺杂TiO2的几何结构和电子结构. 计算结果发现: 双氮原子掺杂引起的双空穴位与钴原子形成了较强的耦合作用, 并引起晶格结构发生明显变化. 共掺杂的协同效应引起TiO2禁带宽度变窄,在价带顶和导带底出现大量杂质能级, 从而引起吸收带边发生明显红移. 该掺杂方式对调制TiO2禁带宽度有明显的效果, 有望指导后续的实验合成.     

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%.     

V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究

对于V高掺杂ZnO,当摩尔分数为0.0417—0.0625时,随着掺杂量的增加,吸收光谱出现蓝移减弱和蓝移增强两种不同实验结果均有文献报道.采用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,构建未掺杂ZnO单胞模型、V高掺杂Zn1-xVxO(x=0.0417,0.0625)两种超胞模型,采用GGA+U方法计算掺杂前后体系的形成能、态密度、分波态密度、磁性和吸收光谱.结果表明,当V的掺杂量(原子含量)为2.083%—3.125%时,随着V掺杂量增加,掺杂体系磁矩增大,磁性增强,并且掺杂体系体积增加,总能量下降,形成能减小,掺杂体系更稳定,同时,掺杂ZnO体系的最小光学带隙增宽,吸收带边向低能级方向移动.上述计算结果与实验结果一致.     

In–2N高共掺浓度和择优取向对ZnO最小光学带隙和吸收光谱的影响

目前, 虽然In和2N共掺对ZnO最小光学带隙和吸收光谱影响的实验研究均有报道, 但是, In和2N共掺在ZnO中均是随机掺杂, 没有考虑利用ZnO的单极性结构进行择优取向共掺, 第一性原理的出现能够解决该问题. 本文采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势(GGA+U)方法, 计算了纯的ZnO单胞、择优位向高共掺In–2N原子的Zn_1-xIn_xO_1-yN_y(x= 0.0625–0.03125, y=0.0625–0.125)八种超胞模型的态密度分布和吸收光谱分布. 计算结果表明, 在相同掺杂方式、不同浓度共掺In-2N的条件下, 掺杂量越增加, 掺杂体系体积越增加、能量越增加, 稳定性越下降、形成能越增加、掺杂越难、掺杂体系最小光学带隙越变窄、吸收光谱红移越显著. 计算结果与实验结果相一致. 在不同掺杂方式、相同浓度共掺In–2N的条件下, In–N沿c轴取向成键共掺与垂直于c轴取向成键共掺体系相比较, 沿c轴取向成键共掺体系最小光学带隙越变窄、吸收光谱红移越显著. 这对设计和制备新型光催化剂功能材料有一定的理论指导作用.     

压强对介质阻挡放电中八边形结构等离子体温度的影响

利用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体中,首次观察到了由点和线组成的八边形结构。采用发射光谱法,研究了八边形结构中的点和线的等离子体温度随压强的变化关系。利用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π几_g)的发射谱线,计算了点和线的分子振动温度;通过氮分子离子391.4 nm和氮分子394.1 nm两条发射谱线的相对强度比,研究了点和线的电子平均能量大小变化;利用氩原子763.26 nm(2P₆→1S₅)和772.13 nm(2P₂→1S₃)两条谱线强度比法,得到了点和线的电子激发温度。实验发现：在同一压强条件下,线比点的分子振动温度、电子平均能量以及电子激发温度均高;随着气体压强从40 kPa增大到60 kPa,点和线的分子振动温度、电子平均能量以及电子激发温度均减小。     

纤锌矿结构AlInN电子及光学性质的第一性原理研究

本文通过基于密度泛函理论的第一性原理,研究了纤锌矿结构Al1-xInxN在不同In浓度下的稳固结构,以及电子和光学性质的变化规律。研究表明,AlInN不同In浓度的晶格结构都很稳定,说明AlInN的兼容性很好。晶格常数随In浓度的增大不断增大,而混晶的带隙则不断减小。并且随In浓度的增大,混晶在紫外光区的吸收系数、反射系数及折射率增大,吸收边、吸收峰和反射峰蓝移,且这两个峰的峰值减小。AlInN的吸收、反射和折射率曲线在Eg处出现峰值行为,此Eg处的峰值大小随In浓度的增加而增大。当In浓度达到87.5%时,混晶AlInN在紫外光区的吸收、反射和折射能力均达到最强,表明此时的掺杂效果最好。