掺钇钨酸铅晶体缺陷的理论计算

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法,计算了掺钇PbWO4晶体中多种相关缺陷的电荷分布和不同团簇缺陷结合能,并讨论了相关缺陷的电荷补偿机制.VPb是掺Y钨酸铅晶体中主要的电荷补偿方式.YPb3++VPb相关缺陷可能是晶体中存在的主要缺陷,其中[2(Y3+Pb)-VPb']在晶体中更稳定.缺陷态[2(Y3+Pb)-VPb']和[(Y3+Pb)-VPb']的态密度分布及其激发能的计算结果表明:掺Y晶体O2p→W5d的跃迁能量均为4.3eV,使周围WO42-禁带宽度增大,可改善420nm与350nm的吸收,并通过减少VPb-VO联合空位可有效抑制PbWO4晶体的本征吸收.晶体中掺Y与掺La对发光影响不同,掺Y可敏化PWO晶体的蓝发光.     

PbWO4晶体吸收中心的研究

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法计算了PbWO4晶体中与吸收中心相关的本征缺陷态密度分布,并运用过渡态方法计算了激发能.结果表明:PbWO4晶体中WO3+Vo缺陷的O2pW5d跃迁可以引起350nm和420nm附近的吸收,并且发现VPb的存在可以使WO2-4基团的禁带宽度明显变小.     

钼酸镉晶体本征点缺陷的计算机模拟计算

本文利用GULP计算软件拟合了CdMoO4晶体势参数,在此基础上研究了该晶体的本征点缺陷,计算了本征点缺陷的生成能.结果表明,在CdMoO4晶体生长过程中,孤立缺陷主要以肖特基缺陷的形式(Vo2+和Vcd2-)存在.晶体中氧的夫伦克儿缺陷具有较低的生成能,是CdMoO4晶体的主要缺陷类型.Cd的夫伦克儿缺陷在高温条件下将起重要作用,由氧空位引起的F心和F+心与700 nm吸收带的形成有关.     

立方相KNbO3晶体本征空位点缺陷的电子结构研究

利用第一性原理从头计算方法对立方相KNbO3晶体的肖特基缺陷的稳定性、能带结构、电子态密度和磁性性质进行了研究.发现含本征点缺陷的KNbO3体系结构稳定;K,Nb空位诱导KNbO3缺陷晶体产生铁磁性;O空位则无此性质.K空位诱导KNbO3缺陷晶体磁性源于O原子2p轨道退简并;Nb空位诱导KNbO3缺陷晶体磁性源于O-2p电子极化.     

结构缺陷对HgI2晶体光吸收的影响

为研究HgI2晶体结构缺陷与光吸收的关系,测试了晶体的UV和中红外透过光谱.结果表明,波长约为580 nm时,存在着本征吸收限;波长大于580 nm时,随波长增加,晶体对光的吸收减小,透过率达到45;以上;在1000～2500 nm范围内,UV光谱存在四个明显的光吸收带,对应的入射光能量分别为0.79±0.01 eV,0.72 eV,0.57±0.01 eV 和0.53 eV.中红外透过曲线随波长增加而增大,透过率为39;～68;.通过M/HgI2的I～t曲线,采用简单能级模型进一步确认了生长的HgI2晶体存在0.79±0.01 eV和0.72 eV两个陷阱能级.分析认为,HgI2晶体层间的相对移动形成的结构缺陷造成1572.5 nm(0.79±0.01 eV)和1729.2 nm(0.72 eV)处的吸收,晶体缺碘造成2117.5 nm(0.57±0.01 eV)处的吸收和汞空位造成2305.8 nm(0.53 eV)的吸收.在中红外波段,晶体结构缺陷造成了显著的晶格吸收.严格控制原料的化学计量比有利于减少HgI2晶体的结构缺陷,提高晶体的光学性能.     

含氧空位SrTiO3晶体电子结构研究

运用CRYSTAL-09软件计算得到了完整和含氧空位的SrTiO3晶体的电子态密度分布、能带结构和电荷密度分布。本文先通过分析完整SrTiO3晶体的电子结构,确定晶体化学键的组成。通过分析含氧空位的SrTiO3晶体的电子结构,发现禁带中出现一条新的缺陷带,缺陷带属于Σ轨道。通过缺陷能级的分析,结果表明SrTiO3晶体中2.4 eV的发光带可能是由Σ*-Σ之间的跃迁产生。     

第一原理研究氧空位对BaTiO3晶体的电子结构和光学性质的影响

根据密度泛函理论,采用模拟计算软件CASTEP计算了含有氧空位钛酸钡晶体的电子结构和光学性质.结果表明,氧空位的存在没有在禁带中引入缺陷能级,但氧空位的存在对晶体的光学性质产生显著的影响.并得到氧空位的存在将引起钛酸钡晶体出现440～450 nm吸收峰的结论.     

硅酸镥晶体本征缺陷和力学性质的研究

采用GULP软件研究了硅酸镥晶体的本征缺陷、力学性质和氧空位的迁移.采用已有的势参数计算得到的结构参数与实验结果吻合的很好.与其他的氧空位相比,Vo5的缺陷形成能最低,因此氧空位主要以Vo5的形式存在.O的弗伦克尔缺陷具有最低的缺陷形成能,所以氧的弗伦克尔缺陷可能是晶体中存在的最主要的本征缺陷.本文还计算了晶体的弹性常数、体积模量、压缩系数、杨氏模量、泊松比率等力学性质.通过计算相邻氧格位之间氧空位的迁移能,发现O1,O2,O3和O4之间的迁移比较容易.     

CdS纳米晶颗粒薄膜的制备及其光学特性研究

采用化学浴沉积法,以CdCl2·H2O、CS(NH2)2、NH4Cl、NH3·H2O和去离子水作为反应前驱物,在不同的氨水浓度下制备CdS纳米晶颗粒薄膜.通过扫描电镜、X射线衍射、X射线能量色散谱、紫外-可见光透射光谱、椭圆偏振光谱等方法,研究了反应前驱物中氨水浓度对CdS纳米晶颗粒薄膜的表面形貌、晶体结构、S/Cd原子比、光透过率、光学带隙、折射率、消光系数和光学吸收边等物理性能的影响.结果表明:反应前驱物中氨水浓度在0.4～1.0mol/L范围内,可以在衬底上形成均匀致密的CdS纳米晶颗粒薄膜.随着氨水浓度的增加,CdS纳米晶的平均晶粒尺寸逐渐减少,S/Cd原子比逐渐增加,由富Cd型转变为富S型,禁带宽度逐渐增加.在500～1000 nm波段内,折射率的平均值为1.75;消光系数k小于0.07.     

长径比可控的CdS纳米棒制备及光催化性能研究

采用溶剂热法制备了长径比可控的纤锌矿CdS纳米棒;以3CdSO4·8H2O、CH4 N2S为原料在180℃、24 h溶剂热反应条件下,通过改变Cd/S物质的量比和保温时间等因素来调节CdS纳米棒的长径比.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、光催化分别对其形貌、结构和光催化性能进行了表征和分析.结果表明:Cd/S摩尔比对CdS棒的生长起到关键作用,随着镉硫比的减小,CdS纳米棒的长径比逐渐增大.当Cd/S摩尔比为1∶6时,制备的CdS为长径比较大且表面光滑的纳米棒,纳米棒的尺寸大约为长800 nm、直径70nm.通过降解亚甲基蓝溶液测试了CdS纳米材料的可见光照射下的光催化性能,结果表明具有大长径比的CdS纳米棒表现出优异的光催化活性.     

Zn掺杂纤锌矿CdSe电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似平面波超软赝势方法,计算研究了不同浓度Zn原子掺杂纤锌矿结构CdSe的电子与光学性质.结果显示:随着Zn掺杂浓度的升高,纤锌矿Cd1-xZnxSe的体积在减小,形成能降低,掺杂越容易,稳定性变高;Zn掺杂引起导带底向高能方向移动,禁带宽度逐渐增加;掺杂后形成的Zn-Se键具有更大的密立根重叠布居数,表现出更强的共价性;体系的直接带隙宽度增加,导致光电子跃迁峰向高能方向发生蓝移;在紫外光区9.75eV左右,掺杂体系的吸收强度达到最大,能量损失最小.     

La掺杂氧空位的α-Bi2O3电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理的方法研究了本征α-Bi₂O₃、La掺杂、氧空位掺杂和共掺杂体系的电子结构与光学性质,以期获得性能比较优异的α-Bi₂O₃光催化材料。研究结果表明：掺杂后,体系结构变形较小,其中氧空位(V_O)掺杂和La-V_O共掺杂体系的禁带宽度价带和导带同时下移且在禁带中引入杂质能级,说明掺杂可以减小电子从价带激发到导带所需能量,有利于电子的跃迁。特别是相对于氧空位单掺杂,La-V_O共掺杂使杂质能级向导带底靠近,这个倾向可能使该复合缺陷成为光生电子捕获中心的概率大于成为光生电子-空穴对复合中心的概率;同时,La-V_O共掺杂导致导带底附近的能带弯曲的曲率增大即色散关系增强,从而降低了电子的有效质量,加速电子的运动,因此,La-V_O共掺杂能大幅改善光生电子-空穴对的有效分离。另一方面La-V_O共掺杂在显著扩展可见光吸收范围的同时,还极大地增强了可见光吸收强度。因此,La-V<...     

ZnO:Sb掺杂机理的第一性原理研究

为了研究ZnO:Sb的掺杂机理,本文运用第一性原理密度泛函理论计算了理想纤锌矿ZnO和SbO 、SbZn 、SbZn-2VZn三种Sb掺杂ZnO晶体模型的几何结构、能带结构和电子态密度.计算结果表明:sb的掺人使得晶格发生不同程度的膨胀,其中以SbZn-2VZn复合缺陷模型的膨胀最小,键长最短,说明此结构的化学稳定性最高.通过能带和态密度的分析可知,ShO和SbZn模型存在不合理性,而SbZn-2VZn复合缺陷中的VZn可以使价带产生非局域化空穴载流子.定量计算进一步确认了SbZn-2VZn构型的可填充电子数最多,合理解释了晶体导电性的提高.形成能计算表明,在富氧条件下SbZn-2VZn的形成能最低,说明在富氧条件下掺杂Sb更有利于实现ZnO的p型化.     

不同浓度Nb掺杂ZnO第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了不同浓度Nb掺杂ZnO的能带结构及性能,并对本征ZnO、Al掺杂ZnO(AZO)和Nb掺杂ZnO(NZO)的模拟结果进行对比分析。结果表明:(1)NZO和AZO的带隙值均低于本征ZnO的带隙值,掺杂浓度(原子数分数)同为6.25%的NZO的带隙值低于AZO的带隙值。随着Nb掺杂浓度增高,NZO的导带底明显降低,态密度峰值降低,且Nb-4d态电子占据了费米能级的主要量子态。(2)随着掺杂浓度的增加,NZO和AZO吸收峰和介电函数峰均降低,且向低能区移动,其中,NZO吸收峰向低能区移动更明显,且介电函数虚部分别在0.42 eV和34.29 eV出现新的峰,主要是价带中Nb-4d和Nb-5p电子能级跃迁所致。掺杂浓度同为6.25%的NZO的静介电常数大于AZO的静介电常数,表明NZO极化能力更强,NZO可以更有效改善ZnO的光电性能。随着Nb掺杂浓度增加,NZO的吸收系数和介电函数虚部强度增加且向高能区移动。NZO的模拟结果为高价态元素Nb掺杂ZnO的实验研究工作及实际应用提供了理论参考。     

空位缺陷对单层2H-MoTe2光电效应的第一性原理研究

MoTe₂由于其类石墨烯的堆叠方式和丰富的相结构而引起科研人员的广泛研究,特别是合适的禁带宽度使其在光电器件领域有着光明的应用前景。基于非平衡格林函数-密度泛函理论,通过第一性原理计算方法,研究了不同原子空位缺陷对单层2H-MoTe₂光电效应的影响。结果表明:不同空位缺陷下2H-MoTe₂器件的光电流函数与唯象理论相符合。光子能量在1.0~2.8 eV时,2Te空位缺陷对单层2H-MoTe₂的光电流有显著提升,特别是在光子能量2.6 eV时获得所有器件的最大光电流。利用能带结构发现不同原子空位缺陷都导致单层2H-MoTe₂的价带向高能级处偏移,而导带向低能级处偏移,减小了带隙,在线性偏振光的照射下有利于电子从价带跃迁到导带形成光电流。同时发现1Te空位缺陷和Mo空位缺陷的单层2H-MoTe₂在远离费米能级处具有相似的能带结构,从而导致在光子能量大于1.6 eV时,1Te空位和Mo空位器件的光电流随光子能量的变化拥有相同的变化趋势。这些计算结果可以用于指导MoTe₂光电器件的设计。     

ZnS-CdS核壳纳米微晶的制备与光学特性

采用微乳液法制备了核壳结构ZnS/CdS纳米微晶.以XRD、TEM表征其结构、粒度和形貌,UV、PL表征其光学性能.制得的纳米微晶近似呈球形,粒径4～5nm.研究了不同CdS壳层厚度的ZnS/CdS纳米微晶的光学性能,PL谱表明壳层CdS的修饰可减少ZnS的表面缺陷,表面态发射和非辐射跃迁减少,带边直接复合发光的几率增大,发光效率大大提高;在壳层CdS达到一定厚度时,PL谱却表现为CdS的特征发射,同时发现核心ZnS对壳层CdS的发光具有增强作用,提出了ZnS/CdS发光机理的能带模型.     

Vacancy defects in bulk ammonothermal GaN crystals

We have applied positron annihilation spectroscopy to study in-grown vacancy defects in bulk GaN crystals grown by the ammonothermal method. We observe a high concentration of Ga vacancy related defects in n-type samples in spite of the low growth temperature, suggesting that oxygen impurities promote the formation of vacancies also through other mechanisms than a mere reduction of thermodynamical formation enthalpy. On the other hand, no positron trapping at vacancy defects is observed in Mg-doped p-type samples, as expected when the Fermi level is close to the valence band and intrinsic defects are dominantly positively charged. Annealing of the samples at temperatures well above the growth temperature is found to change significantly the defect structure of the material.     

Er掺杂金刚石缺陷的第一性原理研究

本文以第一性原理计算为基础,研究了Er掺杂后金刚石的电子结构、能级跃迁及N、B原子共掺杂对金刚石Er相关缺陷的影响。首先对Er掺杂后金刚石的形成能与结合能进行计算,结果表明掺杂后的稳定结构为Er原子周围存在1个空位的结构,稳定价态为+3价。然后预测零点跃迁能(ZPL)是0.807 eV,对应激发的光子波长为1 536.289 nm。最后对N、B原子共掺杂计算,结果表明N、B原子的掺入可以使形成能降低,增加结构稳定性。Er掺杂金刚石使其在近红外光谱发光,为Er金刚石色心的应用提供了理论依据。     

稀土元素Sm与C共掺SnO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理密度泛函理论,计算了Sm-C共掺SnO2体系的能带结构、能态密度、光学性质.计算结果表明:Sm-C近邻共掺体系的晶胞的结构比较稳定.在电子结构方面,共掺体系的禁带宽度值最小,表明电子从价带激发到导带所需的能量最小.在光学性质方面,掺杂体系都发生了红移,其中Sm-C共掺体系的红移程度最大,增强了对可见光的响应范围;在可见光区,掺杂体系的反射系数、静态介电常数、静态折射率的值都大于纯SnO2,且Sm-C共掺杂体系的值最大.     

Semistatistically defected wurtzite crystal containing pairs of metal-non-metal vacancy

Basing upon the wurtzite structure the unit cell of a semistatistically defected crystal is defined as containing four unit cells of an ideal crystal and one pair of metal and non-metal vacancy. It is shown that all of possible coordinates of these vacancies lead only to three different squares of structure amplitude. The results are used for discussion of peculiarities of X-ray pattern of CdS thin films.