共轭低聚物中光生分子间电荷转移态的第一性原理研究

We perform density functional theory calculations to investigate the polaron pair (charge transfer state) photo-generation in donor-acceptor oligomer methyl-capped (4,7-benzo[2,1,3]thiadiazole-2,6-(4,4-bis (2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[1,2-b;3,4-b'']dithiophene-4,7-benzo[2,1,3]thiadiazole)(CPDTBT).Results show that effective photo-generation of charge transfer state can happen in CPDTBT dimer when the group 4,7-benzo[2,1,3]thiadiazole (BT) in one monomer deviates against the conjugated plane (onset torsion angle is about 20°).The lower excitation energy (530 nm) can only generate the intramolecular excitonic state,while the higher excitation energy (370 nm) can generate the intermolecular charge transfer state,in good agreement with the experiment.Moreover,the mechanism of charge separation in CPDTBT oligomers is discussed.     

共轭低聚物中光生分子间电荷转移态的第一性原理研究（英文）

本文用密度泛函理论研究了一种给体-受体型低聚物(2,6-二(4-甲基-1-苯并噻二唑基)-4,4-二(2-乙基己基)-二噻吩并环戊二烯)中电荷转移态的光产生机制.研究表明,当CPDTBT单体的BT基团(苯并噻二唑)偏离共轭平面大于20°时,CPDTBT二聚体在光照时可以有效地产生分子间电荷转移态.计算表明,530 nm波长的光激发只能产生分子内的电荷转移态,而370 nm短波长的光激发才能产生分子间的电荷转移态,这和实验结果是比较一致的.本文还讨论了CPDTBT低聚物中光生电荷的分离机制.     

共轭低聚物中光生分子间电荷转移态的第一性原理研究（英文）

本文基于第一性原理中的Heyd-Scuseria-Ernzerh方法研究了单层In_(1-x)Ga_xN的电子结构和光学性质.计算得到单层In_(1-x)Ga_xN的能带结构和态密度(DOS),发现随着掺杂比例的变化,体系带隙的变化范围是1.8～3.8 eV,表明通过Ga的掺杂可以实现体系带隙值的调节.并且还研究了单层In_(1-x)Ga_xN的介电函数,折射率和吸收系数等光学性质,结果表明随着Ga掺杂浓度的增加,介电函数谱的主峰和吸收谱发生了显著的蓝移.此外,基于能带结构和态密度图谱,对单层In_(1-x)Ga_xN的光学性质进行分析,预测这种材料独特的光学性质在纳米电子学和光学器件中会有广泛的应用.     

纤锌矿BeO掺Cd的电子结构与能带特性研究

采用基于密度泛函理论平面波赝势方法, 对纤锌矿BeO掺Cd的Be_1-xCd_xO合金进行电子结构与能带特性研究. 结果表明: Be_1-xCd_xO的价带顶始终由O 2p电子态决定, 而导带底由Be 2s和Cd 5s的电子态决定.随着Be_1-xCd_xO合金的Cd掺杂量增加, Cd 4d与O 2p的排斥效应逐渐加强, 同时Be_1-xCd_xO的带隙逐渐变小, 出现"直接-间接-直接"的带隙转变. 为了使理论值与实验值相一致, 对Be_1-xCd_xO带隙进行修正, 并分析了纤锌矿BeO-ZnO-CdO三元合金的带隙和弯曲系数与晶格常数的关系.     

YFeO3的电子结构和光学性质的第一性原理研究

稀土正铁氧体YFeO₃呈正交钙钛矿结构,其晶体和纳米晶材料在电极材料、 传感器和光催化领域具有重要的应用价值.用平面波赝势方法,采用广义梯度近似、改进的Perdew-Burke-Emzerhof交换-关联势、 实空间超软赝势计算方案,研究了YFeO₃晶体的几何结构、电子结构和光学性质. 计算得到的晶格参量与报道的实验结果一致.通过对能带结构、态密度、介电函数、吸收系数和光电导率的计算和分析, 确定YFeO₃是直接能隙半导体,能隙E_g约为2.22 eV,阐明了YFeO₃晶体和纳米晶具有较好的可见光催化性能.     

UO2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用局域自旋密度近似 (LSDA)和有效库仑相关能 (U) 方法研究了UO₂的晶格参数、能带结构和光学常数. 计算得到的UO₂晶体的晶格常数为5.40 ?,带隙宽度为1.82 eV,正确预测了UO₂的反铁磁性半导体基态性质. 能带结构和介电函数的分析结果表明,铀的6d电子在晶体场中发生劈裂形成两个能级,与实验结果较为符合.     

通过掺杂V和F提高碳包覆的磷酸铁锂锂离子电池的电化学性能

在原位聚合合成方法的基础上,结合两步烧结过程制得LiFe_1-xV_x(PO₄)_(3-y)/₃F_y/C.V和F掺杂对碳包覆的磷酸铁锂材料的结构、形貌和电化学性能有影响.通过XRD、FTIR、SEM、充/放电测试和电化学阻抗谱对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明,V和F的掺杂并没有破坏橄榄石结构中的LiFePO₄/C,但可以提高晶体结构的稳定,降低电荷的转移阻抗,提高锂离子扩散速度,改善了LiFePO₄/C材料的循环性能和高倍率性能.     

Mn4+掺杂对BiFeO3陶瓷微观结构和电学性能的影响研究

利用传统的固相反应法制备了BiFe_1-xMn_xO₃ (x= 0-0.20)陶瓷样品, 研究了不同Mn⁴⁺掺杂量对BiFeO₃陶瓷密度、物相结构、显微形貌、 介电性能和铁电性能的影响.实验结果表明:所制备的BiFe_1-xMn_xO₃ 陶瓷样品的钙钛矿主相均已形成,具有良好的晶体结构, 且在掺杂量x=0.05附近开始出现结构相变.随着Mn⁴⁺添加量的增加, 体系的相结构有从菱方钙钛矿向斜方转变的趋势,且样品电容率大幅度增大, 而介电损耗也略有增加;在测试频率为10⁴ Hz条件下, BiFe_0.85Mn_0.15O₃ (ε_r=1065)的 ε_r是纯BiFeO₃ (ε_r=50.6)的22倍; 掺杂后样品的铁电极化性能均有不同程度的提高,可能是由于Mn⁴⁺稳定性优于 Fe³⁺,高价位Mn⁴⁺进行B位替代改性BiFeO₃陶瓷, 能减少Bi³⁺挥发,抑制Fe³⁺价态波动,从而降低氧空位浓度,减小样品的电导和漏电流.     

0.5NdAlO3-0.5CaTiO3电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理密度泛函理论的平面波赝势方法,对0.5NdAlO₃-0.5CaTiO₃晶体进行结构优化,并对其能带结构,态密度和光学性质进行了理论计算.结构优化后晶格参数与实验数据相符合,误差小于1%;能带计算结果表明0.5NdAlO₃-0.5CaTiO₃为间接带隙,带隙值为0.52eV;费米面附近的能带由Nd-4f,O-2p,Nd-4p,Al-3p,Ti-4d层的电子态密度确定.同时也计算了该结构的介电函数,反射率和复折射率等光学性质.     

第一原理研究Sn(O1-xNx)2材料的光电磁性质

基于第一原理的密度泛函理论, 以量子化学从头计算软件 为平台研究了Sn(O_1-xN_x)₂材料的光电磁性能, 分析了体系的态密度、 能带结构、 磁性、 介电虚部及折射率. 计算结果表明, N替代O后, 随着掺杂浓度的增加, 体系的带隙先减小后增大, 掺杂量为12.50%时带隙最窄. 由于N 2p轨道电子的贡献, 在0.55-1.05 eV范围内产生了浅受主能级, 价带和导带处的能级均出现了劈裂及轨道的重叠现象, Sn-O键的键强大于N-O键的键强. 从磁性来看, N原子决定了磁矩的大小. 从介电虚部可知, 掺杂后体系的光学吸收边增宽, 主跃迁峰发生红移, 反射率和介电谱相对应, 各峰值与电子的跃迁吸收有关.     

Mn掺杂GaN电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同Mn浓度掺杂GaN晶体的电子结构和光学性质.计算结果表明Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N 2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,材料表现为半金属性,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,折射率在带隙处出现峰值,紫外区光吸收系数随Mn浓度的增加而增大. 关键词： Mn掺杂GaN 第一性原理 电子结构 光学性质     

InAs/GaAs和InAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线异质结构的生长研究

利用金辅助金属有机化学气相沉淀法(MOCVD)在GaAs(111)B衬底上分别制备了InAs/GaAs和InAs/In _{x Ga1-xAs/GaAs(0≤x≤1)纳米线异质结构.实验结果显示,直接生长在GaAs纳米线上的InAs纳米线生长方向杂乱或者沿着GaAs纳米线侧壁向衬底方向生长,生长的含有In x Ga1-xAs组分渐变缓冲段的InAs/In x Ga1-x关键词： 纳米线异质结构 xGa1-xAs')" href="#">InxGa1-xAs 组分渐变缓冲层 金属有机化学气相沉淀法}     

用GGA+U法研究稀土掺杂对ZnO电子结构磁性和光学性质的影响

基于自旋密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波模守恒赝势方法,确定了准确计算Zn_(16)O_(16)超晶胞各原子对应的U值;通过计算形成能和化学键的布局分析了掺杂结构的稳定性;通过原子电荷布局和自旋电子态密度的计算分析了掺杂结构的能带结构和磁性状态;讨论了各稀土原子掺杂对ZnO吸收光谱的影响.结果表明:稀土元素的引入使晶格膨胀,Zn-O键最长键增大而最小键减小,导致氧四面体畸变;Y/La/Ce掺杂的ZnO具有亚铁磁性,Th掺杂ZnO则呈弱铁磁性,Ac掺杂ZnO为顺磁体;稀土元素使ZnO的价带和导带下移,费米能级进入导带,增强了体系的电导率;Y/La/Ac掺杂对ZnO带隙宽度的影响较小,吸收光谱略微蓝移,而Ce/Th掺杂则有效提升了ZnO对可见光的吸收.     

GaN结构相变、电子结构和光学性质

运用第一性原理平面波赝势和广义梯度近似方法,对纤锌矿结构和氯化钠结构GaN的状态方程及其在高压下的相变进行计算研究,分析相变点附近的电子态密度、能带结构和光学性质的变化机制.通过状态方程和焓相等原理得到GaN从纤锌矿到氯化钠结构的相变压强分别为43.9 Gpa和46.0 Gpa;在相变的过程中,GaN由典型的直接带隙半导体转变为间接带隙半导体材料;氯化钠结构GaN相比于纤锌矿结构,介电函数主峰值增强,本征吸收边明显往高能方向移动,氯化钠结构GaN在低能区域的光学性质差于纤锌矿结构.     

二氧化钒的电子结构及光学性质计算

本文使用基于量子力学第一性原理的CASTEP程序包,计算了单斜结构和金红石结构的二氧化钒(VO2)的电子结构、介电常数、吸收系数、折射率等光学性质。介电函数的虚部、吸收光谱、折射率等它们的峰值位置存在一一对应关系,这表明了它们之间存在着内在的联系,它们都与电子从价带到导带的跃迁吸收有关,这为从物理本质上理解二氧化钒的光学性质提供了重要的依据。计算结果与实验结果符合得很好。     

InGaN薄膜的紫外共振喇曼散射

利用325nm紫外光激发,对不同组分的In_xGa_1-xN薄膜的喇曼散射谱进行了研究.在光子能量大于带隙的情况下,观察到显著增强的二阶A₁(LO)声子散射峰.二阶LO声子峰都从一阶LO声子的二倍处向高能方向移动,移动量随样品In组分的增加而增大,认为是带内Frhlich相互作用决定的多共振效应引起的.分析了一阶LO声子散射频率和峰型与In组分的关系.在喇曼谱中观察到样品存在相分离现象,并与X射线衍射的实验结果进行 关键词： xGa_1-xN合金')" href="#">In_xGa_1-xN合金 紫外共振喇曼散射 二阶声子 相分离     

Effect of Pressure on Electronic Structures and Optical Properties of Rocksalt InN

用基于密度泛函理论的第一性原理结合广义梯度近似研究了高压下盐岩相InN的电子结构和光学性质. 计算得到的晶格常数与实验值非常吻合,并发现Γ和X的带隙随压力增加而增大,而带隙在L点却并不明显. 计算出Γ点的带隙的压力系数是44 meV/GPa. 讨论计算得到的InN的光学性质,结合能带结构和电子态密度.     

Electronic structure of Ga1−xCrxN investigated by photoemission spectroscopy

We have obtained the Cr 3d-like energy states, which located in the band gap of GaN by means of resonant photoemission spectroscopy. In the difference spectrum between the valence band photoemission spectra of non-doped GaN and that of the Ga_0.937Cr_0.063N, we observed the new energy state, in band gap, consists of Cr 3d-like and N 2p-like component by strong hybridization.     

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.