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-Bi2O3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-Bi₂O₃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H₂O/O₂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-Bi₂O₃>β-Bi₂O₃>α-Bi₂O₃>δ-Bi₂O₃一致, 而导带还原电位低于H₂/H₂O, 预测纯Bi₂O₃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Bi₂O₃材料研究提供理论基础, 为研发和应用Bi₂O₃及其复合物提供重要的指导.     

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.     

(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...     

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.     

Lu掺杂AlN的电子结构和光学性质的第一性原理研究

为了探索 AlN在光电器件中的潜在应用,采用第一性原理计算了不同 Lu掺杂浓度(以原子分数 x表示)的 AlN(Al_1-xLu_xN)的电子结构和光学性质。研究结果表明,Al_1-xLu_xN的超胞体积随着Lu掺杂浓度的增加而增加,而带隙则相反。Al_1-xLu_xN的静态介电常数在低能区随掺杂浓度的提高而提高,随后逐渐趋向一致。随着Lu掺杂浓度的增加,反射率和吸收系数的峰值强度降低,峰值向较低能量方向移动。Al_1-xLu_xN的能量损失光谱表现出明显的等离子体振荡特性,且峰值低于本征AlN。Al_1-xLu_xN的光电导率在低能区随能量的增加而急剧增加。     

Lu掺杂AlN的电子结构和光学性质的第一性原理研究

为了探索AlN在光电器件中的潜在应用,采用第一性原理计算了不同Lu掺杂浓度(以原子分数x表示)的AlN(Al_1-xLu_xN)的电子结构和光学性质。研究结果表明,Al_1-xLu_xN的超胞体积随着Lu掺杂浓度的增加而增加,而带隙则相反。Al_1-xLu_xN的静态介电常数在低能区随掺杂浓度的提高而提高,随后逐渐趋向一致。随着Lu掺杂浓度的增加,反射率和吸收系数的峰值强度降低,峰值向较低能量方向移动。Al_1-xLu_xN的能量损失光谱表现出明显的等离子体振荡特性,且峰值低于本征AlN。Al_1-xLu_xN的光电导率在低能区随能量的增加而急剧增加。     

Y-Cu共掺杂ZnO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(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Y和Cu单掺杂ZnO、Y-Cu共掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 计算结果表明, 在本文的掺杂浓度下, Y和Cu单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度, 从而改善ZnO的导电性, Y-Cu共掺时ZnO半导体进入简并状态, 呈现金属性. Y 掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收, 而Cu掺杂ZnO在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象, 其中由于Y离子和Cu离子之间的协同效应, Y-Cu共掺杂ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加, 因此Y-Cu共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件.     

钛铁矿型六方相ZnTiO3的电子结构和光学性质

分别采用基于密度泛函理论(DFT)的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)方法对钛铁矿型六方相ZnTiO₃的电子结构进行了第一性原理计算, 并在局域密度近似下计算了六方相ZnTiO₃的光学性质, 并将计算结果与实验数据进行了对比. 结果表明, 在局域密度近似下计算得到的结构参数更接近实验数据. 理论预测六方相ZnTiO₃属于直接带隙半导体材料, 其禁带宽度(布里渊区Z 点)为3.11 eV. 电子态密度和Mulliken 电荷布居分析表明Zn―O键是典型的离子键而Ti―O键是类似于钙钛矿型ATiO₃ (A=Sr, Pb, Ba)的Ti―O共价键. 在50 eV的能量范围内研究了ZnTiO₃的介电函数、吸收光谱和折射率等光学性质, 并基于电子能带结构和态密度对光学性质进行了解释.     

O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O原子不同比例(12.5％,8.33％和6.25％)掺杂MgF2晶体的几何结构、电子结构和光学性质.通过对比发现,由于O原子的掺入,体系的禁带宽度减小,材料呈现半金属性.计算也表明,O掺杂对静态介电常数和光吸收系数有重要调制作用,同时也给出了体系性质变化的...     

In、Sc掺杂对SrTiO3电子结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法, 研究了In、Sc p型掺杂对SrTiO3母体化合物稳定性、电子结构和光学性质的影响. 计算结果表明:掺杂后, SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3的稳定性降低, 体系显示p型简并半导体特征, 掺杂仅引起杂质原子近邻区域的几何结构发生变化. 同时, SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3体系的光学带隙分别展宽0.35、0.30 eV, 光学吸收边发生蓝移, 在1.25-2.00 eV的能量区间出现新的吸收峰, 该吸收峰与体系Drude型自由载流子的激发相关. 此外, SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3体系的可见光透过率有了明显的提高, 在350-625 nm波长范围透过率高于85%. 掺杂原子在费米能级处低的电子态密度限制了跃迁概率和光吸收. 大的禁带宽度、小的跃迁概率和弱的光吸收是SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3体系具有较高光学透明度的原因.     

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.     

Co-Y共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Co和Y单掺杂ZnO、Co-Y不同配位共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算结果表明,在本文的掺杂浓度下,Co和Y单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性,Co-Y共掺时ZnO半导体进入简并状态,呈现金属性。Co掺杂ZnO会在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象,而Y掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收,其中由于Co离子和Y离子之间的协同效应,Co-Y共掺ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加,因此Co-Y共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件。     

Co-Y共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Co和Y单掺杂ZnO、Co-Y不同配位共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算结果表明,在本文的掺杂浓度下,Co和Y单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性,Co-Y共掺时ZnO半导体进入简并状态,呈现金属性。Co掺杂ZnO会在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象,而Y掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收,其中由于Co离子和Y离子之间的协同效应,Co-Y共掺ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加,因此Co-Y共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件。     

KTa_(0.5)Nb_(0.5)O_3电子结构的第一性原理研究

用全电势线性缀加平面波法 (FLAPW )计算了KTa0 .5Nb0 .5O3 铁电相和顺电相的态密度、能带结构 .通过对两相态密度的对比分析我们发现在铁电相 ,钽原子的d电子和氧原子的 2p电子以及铌原子d电子与氧原子的 2p电子之间存在强烈的轨道杂化 ,对能带的分析也得出同样的结论 .这种轨道杂化对KTa0 .5Nb0 .5O3 铁电性的稳定有着重要的意义 .钽原子在四方铁电体KTa1 xNbxO3 中的作用与在纯钽酸钾中的作用有明显的差别 .     

二维单层MoSi2X4(X=N,P,As)的电子结构及光学性质研究

采用平面波超软赝势方法研究了二维单层MoSi₂X₄ (X=N, P, As)的稳定性、电子结构和光学性质. 研究结果显示, 基于单层MoSi₂N₄的两种同分异构体M1和M2所构建的六种晶体结构具有较好的动力学稳定性. 通过能带和有效质量的计算, 单层MoSi₂N₄在MoSi₂X₄ (X=N, P, As)六种晶体结构中显示出最宽的间接带隙和最高的载流子迁移率. 随后带边电位的计算结果表明, 单层MoSi₂N₄带边势分别为M1: –0.368、1.416 V, M2: –0.227、1.837 V, 其结果相较于MoSi₂P₄和MoSi₂As₄导带边电位更负, 价带边电位更正, 是六种晶体结构中最适合用作光催化剂的材料. 同时, 光吸收谱的计算结果显示, 单层MoSi₂N₄的光学吸收表现出明显的各向异性, 在可见光和紫外光波段内具有较强的光吸收能力, 说明其在可见光催化领域有着潜在的应用前景. 这些结果为进一步深入研究二维单层MoSi₂N₄在光催化水解领域的应用提供了理论指导.     

In、Sc掺杂对SrTiO_3电子结构和光学性质的影响(英文)

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法,研究了In、Sc p型掺杂对SrTiO_3母体化合物稳定性、电子结构和光学性质的影响.计算结果表明:掺杂后,SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3的稳定性降低,体系显示p型简并半导体特征,掺杂仅引起杂质原子近邻区域的几何结构发生变化.同时,SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3体系的光学带隙分别展寬0.35、0.30 eV,光学吸收边发生蓝移,在1.25.2.00 eV的能量区间出现新的吸收峰,该吸收峰与体系Drude型自由载流子的激发相关.此外,SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3体系的可见光透过率有了明显的提高,在350-625 nm波长范围透过率高于85%.掺杂原子在费米能级处低的电子态密度限制了跃迁概率和光吸收.大的禁带宽度、小的跃迁概率和弱的光吸收是SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3体系具有较高光学透明度的原因.     

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.     

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.     

采用第一性原理研究非金属掺杂BiOCl的电子结构和光吸收性质

基于密度泛函理论的第一性原理分别研究了不同浓度Br和I掺杂BiOCl体系的能带结构、态密度、形成能和光学性质.研究结果表明,由于Br的4p和I的5p轨道作用,Br和I掺杂可在一定程度上降低BiOCl的禁带宽度,拓宽BiOCl的光吸收范围.Br和I掺杂BiOCl的形成能计算结果表明,Br掺杂BiOCl的稳定性高于I掺杂体系.对于B,C,N,Si,P和S掺杂BiOCl体系,掺杂能级的形成主要由掺杂元素的np轨道贡献,使BiOCl吸收带边红移至可见光区.而S掺杂则位于价带顶位置,有效地降低了BiOCl禁带宽度,使BiOCl响应波长出现红移,且未形成中间能级,不易成为俘获陷阱,因此S掺杂将是一种提高BiOCl可见光光催化活性的改性方法.