EuB6的光电导率和能量损失函数谱的理论指认

基于更高精度的能带结构计算结果, 计算EuB6的光电导率和能量损失函数谱, 结果与实验一致. 通过具体计算找出在0-40 eV能量区间内所有可能发生的能带间电子跃迁, 在第一布里渊区中发生跃迁的区域和跃迁概率, 得到了各电子跃迁的始态和末态的单电子波函数. 利用计算结果详细分析了光电导率和能量损失函数各谱峰与能带间电子跃迁的联系. 在此基础上对实验测得的谱峰作出指认, 证实了Kimura等人根据实验结果所作经验指认的合理部分, 指出其中一些不准确的指认, 并补充了他们没有考虑到的一些对谱峰有重要贡献的电子跃迁.     

YbB6的能带结构和光电导率谱的解析

用密度泛函（GGA＋U）方法研究YbB6晶体的电子结构。采用FLAPW方法进行计算,获得了比较精确的能带结构信息。分析了YbB6能带结构的特征与Yb-B6簇间成键情况的联系。在此基础上计算YbB6的反射率、介电函数、光电导率和能量损失函数等光学常数,结果与实验值符合比较好。对其光电导率（实部）和能量损失函数谱进行详细分析,对谱峰作出指认,阐明了各谱峰与能带间电子跃迁的联系,证实了前人对谱峰所作经验指认的合理部分,补充和纠正了前人经验指认的不足和不准确之处。     

带隙问题:第一性原理电子能带理论研究现状

电子能带结构是材料最基本的性质之一,对于材料的实际应用具有深刻影响。电子能带结构的理论描述一直以来都是第一性原理理论方法中最具挑战性的问题之一。作为材料理论计算“标准模型”的密度泛函理论,在局域密度近似或广义梯度近似下,存在着著名的“带隙问题”:半导体材料的理论带隙与实验值相比存在着显著的系统性误差。近年来,以改进对带隙的描述为主要目标之一,密度泛函理论领域有很多重要发展。同时,对于带隙问题,与密度泛函理论紧密相关但又有本质区别的另外一类理论方法是基于格林函数的第一性原理多体微扰理论,其中最为流行的GW方法是当前描述材料的电子能带结构最为准确的第一性原理方法,但一直以来都受限于计算量太大而无法应用于更复杂的体系。本文综述了密度泛函理论和格林函数多体理论在电子能带结构问题上的基本原理、最新进展以及存在的挑战性问题。希望通过比较两种理论框架的异同,为未来可能的发展思路提供启发。     

PuN基态分子势能函数与热力学函数的理论计算

在Pu的相对论有效原子实势近似和N原子6-311G*全电子基函数下,用密度泛函B3LYP方法计算得到PuN分子基态X6∑+的结构与势能函数、力常数与光谱数据.同时计算得到PuN(g)分子在298 K时的标准生成热力学函数△fH0、△S0和△fG0,分别为-487.239 kJ/mol、95.345 J/mol K和-515.6661 kJ/mol.     

计算机模拟铌原子簇的稳定构型和能量性质

采用密度泛函(DFT)方法结合全局优化"Basin-Hopping"算法研究了铌原子簇: 对于Nb小簇n＝2～6我们用密度泛函方法计算了它们的稳定几何构型和电子结构, 通过拟合计算结果构造铌原子簇势能函数, 并利用该函数和全局优化"Basin-Hopping"算法得到较大铌原子簇(n＝7～20)能量极小的结构. 计算结果表明与实验及其它计算结果相一致.     

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.     

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.     

一维酞菁聚合物的从头算晶体轨道研究

用密度泛函自洽场晶体轨道方法计算了几种一维酞菁聚合物及其取代衍生物的能带结构和电子性质,得到这些聚合物均是半导体.研究发现,聚合方式和共轭程度的差异不仅影响能隙的大小,而且影响能带的形状.取代基对聚合物能带形状的影响不大,但取代基的电子特性对能带的位置高低起到一定的作用.     

锐钛矿TiO2（101）表面电子能带结构的理论研究

二氧化钛作为一种理想的光催化和光电转换半导体材料,受到了广泛的关注和研究,其表面的电子能带结构作为其本征的化学性质之一,决定着表面上氧化还原反应发生的可能性. 对二氧化钛表面电子能带结构进行深入研究对于我们从微观上认识并改良二氧化钛这一光电催化材料,以及进一步开发利用更好的光催化材料都具有非常好的指导意义. 本论文采用密度泛函理论,计算研究了锐钛矿TiO₂（101）表面的电子能带结构,并通过与金红石TiO₂（110）晶面的对比,系统分析了两个表面电子能带结构的不同以及水分子的溶剂化作用对电子能带结构的影响.     

二元合金团簇CoGe-n(n=1~12)的结构和稳定性

用密度泛函(DFT)方法与反射式飞行时间质谱及光电子能谱的实验结果相结合, 研究了二元合金团簇负离子CoGe-n(n=1~12)的结合能、几何结构与电子结构. 理论计算得到的电子亲和势(EA)光电子能谱测量的结果符合得较好. 通过分态密度(PDOS)分析了s, p和d轨道电子的相互作用规律. 讨论了团簇的稳定性, 认为CoGe-10具有幻数团簇的性质.     

Theoretical Assignments of the Optical Conductivity and Energy-loss Function Spectra of EuB6

On the basis of the calculated band structure of EuB6, with a higher accuracy, the optical conductivity and energy-loss function spectra were calculated, and the results were in good agreement with the experiments. All possible interband electronic transitions, the points in the first Brillouin zone where the transitions took place, and the transition probability were figured out through specific calculations. The wave functions of the initial and final states related to individual transitions were obtained as well. The calculated results were used to analyze, in detail, the correlation between the spectral peaks and the interband electronic transitions. On the basis of this, the experimental spectra were assigned, confirming the reasonable part of the empirical assignments given by Kimura et al. and pointing out the inaccurate part, and also supplying some electronic transitions, which made an important contribution to the spectral peaks, but had not been considered by Kimura et al.     

CdSe的电子结构和光学性质研究

CdSe是Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中一种重要的半导体材料,它有闪锌矿和纤锌矿两种不同的结构,带隙较窄,具有优良的电光特性和广泛的应用前景,得到了人们的广泛关注[1-3].     

闪锌矿MTe (M=Zn/Mg)的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似(GGA)平面波超软赝势(PP-PW)方法, 计算了闪锌矿型MTe (M=Zn/Mg)的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质. 同时采用杂化密度泛函调准了带隙. 结果表明, 立方相ZnTe和MgTe均为直接带隙半导体材料. 所得晶格参数、弹性常数及体模量与实验数据基本吻合. 由弹性常数推导出ZnTe、MgTe的德拜温度分别为758、585 K. 研究了MTe的复介电函数、折射率、反射率和能量损失系数等光学性质, 并基于电子能带结构和态密度对光学性质进行了解释.     

Structure and Stability of TaON Polymorphs

The stabilities and electronic structures of several polymorphs of tantalum oxynitride, TaON, were studied quantum‐chemically at density‐functional level. Results obtained by complementary quantum‐chemical techniques with wave‐functions either expanded in atom‐centered functions or in plane waves were compared. Close agreement was obtained for the relative stabilities of the baddeleyite, anatase, rutile, and fluorite phases of TaON. The effect of anion distribution on the structural parameters and the lattice energies of the anatase and rutile polymorphs was investigated. The calculated band structure of the polymorphs is compared with available experimental information.     

Substituent effect on the structure and properties of dialumene

In this work, we report a theoretical study on molecular structure, and electronic properties of dialumene (ArAl = AlAr, Ar = aryl) and substituted dialumene. The effects of the substituent groups on the structure, electronic properties, ionization potential (IP), electron affinity (EA), and reorganization energy were studied. Theoretical calculations were carried out by density functional theory (DFT) using the B3LYP hybrid function combined with the 6-311 + G(d) basis set. The most intensity electronic transition energy and oscillator strength of molecules were calculated by time-dependent density functional theory (TD-DFT) and shows λ_max blue-shifted in withdrawing electron substituents. Quantum theory of atom in molecules was used for explain of AlAl and AlC bonds in all molecules.     

含空位和杂质缺陷的LiFePO4电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了含空位和杂质缺陷的LiFePO_4电子结构,通过能带、态密度、布居分布分析,阐明缺陷及阴离子掺杂对材料电化学性能的影响,为LiFePO_4的结构设计和实验研究提供理论基础。结果表明,Li、Fe和O空位型缺陷对LiFePO_4的带型变化影响较小,禁带中无新的导带,禁带宽度有一定程度缩小,有利于电子的传导,但总能量上升,造成结构的不稳定性,在实际高温制备过程中,可能产生少量杂相,影响LiFePO_4正极材料的电化学性能;P空位缺陷对LiFePO_4的带型影响同样较小,但在禁带中产生了两条新的导带,禁带宽度明显变窄,有利于电子的传导,虽然总能量上升,造成结构的不稳定性,但在实际高温制备过程中,可能产生微量有利于电化学性能的杂相;F掺杂LiFePO_4的带型出现了明显的变化,半导体类型由p型转变为n型,极大地促进了电子的导电性,总能量下降,结构稳定,对LiFePO_4正极材料的电化学性能有正面的影响。     

LaNi5-xCox合金电子结构的第一性原理分析

基于密度泛函理论, 采用总能量计算方法与结合超软赝势平面波函数方法, 对不同Co含量的LaNi5−xCox (x=0, 0.5, 1)几何结构进行了优化, 计算了其相应的晶体结构、能带结构、态密度及Mulliken密度等, 从理论上给出了其结构参数及性质. 结果表明, 体系的价电子主要集中在费米能级EF附近, 并且随着Co含量的升高, 费米面能量单调下降. 由Mulliken密度分析可知, Ni3g—Ni3g 和Ni2c—Ni2c键的Mulliken重叠密度均降低, 说明钴取代后合金中的Ni—Ni键强减弱, 而La—Ni2c键的重叠密度值升高说明取代后合金中的La—Ni键增强.     

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.     

Electronic structure of the organic semiconductor copper phthalocyanine: experiment and theory

The electronic structure of the organic semiconductor copper-phthalocyanine (CuPc) has been determined by a combination of conventional and resonant photoemission, near-edge x-ray absorption, as well as by the first-principles calculations. The experimentally obtained electronic valence band structure of CuPc is in very good agreement with the calculated density of states results, allowing the derivation of detailed site specific information.