TiO_2纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了小尺寸锐钛矿相(n,0)型Ti O2纳米管(D16)的几何构型、电子结构和光学性质.结果表明:随着管径增大,体系单位Ti O2分子的形成能降低,体系趋于稳定;在管径14左右,(n,0)型Ti O2纳米管会发生一次构型的转变.能带分析显示,Ti O2纳米管的电子态比较局域化,小管径下(D14)其导电性更好;随着构型的转变,Ti O2纳米管由直接带隙转变为间接带隙,并且带隙值随着管径的增大而增大,这是由于π轨道重叠效应的影响大于量子限域效应所导致的结果.两种效应的竞争,使得Ti O2纳米管的介电函数虚部ε2(ω)谱的峰值位置随管径增大既可能红移也可能蓝移,管径大于9(即(8,0)管)之后,Ti O2纳米管的光吸收会出现明显的增强.     

过渡金属掺杂钛酸纳米管的电子结构和光学性质研究

采用平面波超软赝势方法计算了过渡金属(TM)(Fe,Co或者Ru)掺杂钛酸纳米管的电子结构及光学性质.对TM取代钛酸纳米管层间间隙位H+的几何结构进行优化,发现掺杂对几何结构的影响较大,其中Co或者Ru掺杂的形成能均较低.此外,掺杂的TM与周围的O原子成键,有形成固熔体的趋势.掺杂后的能带结构分析表明:Fe,Co或者Ru掺杂导致钛酸纳米管禁带宽度减小并且于禁带中引入了新的能级,这主要归因于b1g(dx2-y2)及a1g(dz2)态的出现;部分杂质能级处于半填充状态,成为空穴的俘获中心,减少电子和空穴的复合;掺杂后,价带顶向低能方向移动,使价带中形成的空穴氧化性更强.最后,掺杂的钛酸盐纳米管的吸收光谱显示,Ru掺杂的钛酸纳米管导致其在可见光范围内有更强的吸收.     

双壁硅纳米管电子结构与光学性质的研究

本文中使用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,构建了手性指数(n,m)为(6,6),(10,10)硅纳米管管以及二者嵌套的双壁管结构并计算其能带结构、电子态密度以及光学反射谱与吸收谱。计算结果表明(6,6),(10,10)管表现出明显的半导体性,是直接带隙半导体。而双壁管相比于单臂本征硅纳米管其导带底与价带顶接触几乎发生交叠,表现出了轻微的金属性,其管内电子非局域性增强,导电能力提高。手性系数为(6,6)的硅纳米管对红外光、可见光以及紫外光都具有吸收能力。(10,10)管对于紫外光的吸收能力更加优秀但是对红外光的吸收能力减弱。(6,6)&(10,10)双壁管无论是吸收谱还是反射谱都最窄并出现了单峰。故可推测双壁管可作为检测一类特定范围波长的探测器的材料。     

TiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了小尺寸锐钛矿相(n,0)型TiO₂纳米管(D<16 Å)的几何构型、电子结构和光学性质. 结果表明: 随着管径增大, 体系单位TiO₂分子的形成能降低, 体系趋于稳定; 在管径14 Å左右, (n,0)型TiO₂纳米管会发生一次构型的转变. 能带分析显示, TiO₂纳米管的电子态比较局域化, 小管径下(D<14 Å)其导电性更好; 随着构型的转变, TiO₂纳米管由直接带隙转变为间接带隙, 并且带隙值随着管径的增大而增大, 这是由于π轨道重叠效应的影响大于量子限域效应所导致的结果. 两种效应的竞争, 使得TiO₂纳米管的介电函数虚部ε₂ (ω)谱的峰值位置随管径增大既可能红移也可能蓝移, 管径大于9 Å (即(8, 0)管)之后, TiO₂纳米管的光吸收会出现明显的增强. 关键词： 2纳米管')" href="#">TiO₂纳米管 第一性原理 电子结构 光学性质     

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     

掺杂Fe、F对ZnO电子结构和光学性质的影响

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法,建立了Zn16O16、Zn15Fe1O16、Zn16O15F1、Zn15Fe1O15F1超晶胞,对掺杂前后ZnO超晶胞的能带结构分布、光学性质进行了计算与分析。计算结果表明：共掺杂Fe、F体系的形成能比单掺杂更小,稳定性更高;共掺杂体系的共价性最弱,更利于光生电子-空穴对的分离,且共掺杂体系的杂质能级数变得更为密集,电子更容易从低能级跃迁到高能级,进而提高光催化活性;Fe3+的掺入导致费米能级进入导带,产生莫特相变,使之导电性增强;共掺杂体系的介电函数虚部向低能方向移动,在可见光区域的吸收峰值明显增大,说明Fe、F共掺杂是一种很好的光催化材料。     

C与Na掺杂AlN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(DFT)的平面波超软赝势法,计算了本征AlN,C-AlN,Na-AlN以及C-Na-AlN四种体系的电子结构和光学性质.得出结论：掺杂后各体系与本征AlN相比发生了晶格畸变,C-Na-AlN体系的结合能最小,体系最稳定.掺杂体系相比于本征AlN,禁带宽度都有不同程度的减小,导致电子在体系内跃迁时的概率增大,其中C-Na-AlN体系尤为明显,电子跃迁所需要的能量更小.掺杂后吸收带边发生了红移,拓宽了AlN体系对光的响应范围,增强了光吸收,并且C-Na-AlN体系在可见光区域内光吸收能力最强,在介电函数图的分析中可以得到,C-Na-AlN体系的介电常数最大,表明其电荷束缚能力最强,体系稳定性强,极化能力最好.     

卤化硅烯结构、电子和光学性质的第一性原理研究

二维硅烯的商业用途通常受到其零带隙的抑制,限制了其在纳米电子和光电器件中的应用.利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,单层硅烯的带隙通过卤原子的化学官能化被成功打开了,并综合分析了卤化对单层硅烯的结构,电子和光学性质的影响.研究结果表明卤化使结构变得扭曲,但保持了良好的稳定性.通过HSE06泛函,全功能化赋予硅烯1.390至2.123 eV的直接带隙.键合机理分析表明,卤原子与主体硅原子之间的键合主要是离子键.最后,光学性质计算表明,I-Si-I单层在光子频率为10.9 eV时达到最大光吸收,吸收值为122000 cm^-1,使其成为设计新型纳米电子和光电器件的有希望的候选材料.     

C-Mg掺杂GaN电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理的方法,计算了GaN、C单掺、Mg单掺和C-Mg共掺体系的电子结构和光学性质,计算结果表明:掺杂后,GaN体系的晶格发生畸变,有利于光生空穴-电子对的分离,C-Mg共掺体系结构最稳定,掺杂体系的禁带宽度均减小,其中C-Mg共掺体系的禁带宽度最小,在禁带中引入了杂质能级,说明掺杂可有效降低电子跃迁所需的能量.在光学性质方面,掺杂后,GaN在低能区介电峰和吸收峰均发生红移,且静介电常数增大;其中C-Mg共掺体系的对可见光的吸收最强,极化能力最强,因此C-Mg共掺将有望提高GaN在光催化性能和极化能力.     

Mg掺杂CdSe电子结构和光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,计算了纤锌矿结构Cd1-xMgxSe(x=0,0.125,0.250,0.375)的电子结构和光学性质。结果表明,不同系统的价带顶都主要由Se4p态决定,其位置基本不变;导带底由Se4 s态和Cd5 s共同决定,并且随着掺杂浓度的增加向高能区移动,结果使得带隙展宽,由此使得系统介电函数虚部的峰值和折射率实部的峰值随掺杂浓度的增大而蓝移,计算结果与实验符合。     

Ni掺杂浓度对硅纳米线光电性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理,对不同直径和浓度Ni掺杂硅纳米线的形成能、能带结构、态密度和光学性质进行了计算,结果表明：杂质Ni的形成能随硅纳米线直径的减小和掺杂浓度的降低而下降,这说明直径越大的硅纳米线掺杂越困难,杂质浓度越高的硅纳米线越不稳定. Ni掺杂在费米能级附近及带隙中引入杂质能级,其主要来自Ni的3d轨道,杂质能级扩展成杂质带,改变Ni的掺杂浓度可改变硅纳米线的带隙,改善其导电性. 另外,还发现掺杂浓度明显改变了硅纳米线的吸收强度和宽度.     

OsSi2电子结构和光学性质的研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对正交相OsSi₂的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明它是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0813 eV;其价带主要由Os的5d和Si的3p态电子构成;导带主要由Si的3s,3p以及Os的5d态电子构成;静态介电常数ε₁（0）=1543; 折射率n＝393并利用计算的能带结构和态密度分析了OsSi₂的介电函数、吸收系数、折射率、反射率、 关键词： 2')" href="#">OsSi₂ 第一性原理 电子结构 光学性质     

Effects of substitution of group-V atoms for carbon or silicon atoms on optical properties of silicon carbide nanotubes

Silicon carbide nanotubes (SiCNTs) have broad application prospects in the field of micro-nanodevices due to their excellent physical properties. Based on first-principles, the difference between optical properties of SiCNTs where C atom or Si atom is replaced by group-V element is studied. The results show that the optical absorptions of SiCNTs doped by different elements are significantly different in the band of 600 nm-1500 nm. The differences in photoconductivity, caused by different doping elements, are reflected mainly in the band above 620 nm, the difference in dielectric function and refractive index of SiCNTs are reflected mainly in the band above 500 nm. Further analysis shows that SiCNTs doped with different elements change their band structures, resulting in the differences among their optical properties. The calculation of formation energy shows that SiCNTs are more stable when group-V element replaces Si atom, except N atom. These research results will be beneficial to the applications of SiC nanomaterials in optoelectronic devices and provide a theoretical basis for selecting the SiCNTs' dopants.     

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     

镍掺杂硅纳米线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计算,对镍掺杂硅纳米线的结构稳定性、电子与光学性质进行了研究.结果表明:Ni容易占据硅纳米线表面的替代位置.镍掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级,杂质能级主要来源于Ni的3d电子的贡献.由于Ni的3d态和Si的3p态的耦合作用,使禁带宽度变窄.掺杂后的硅纳米线在低能区出现了一个较强的吸收峰,且吸收带出现宽化现象. 关键词： 硅纳米线 掺杂 电子结构 光学性质     

CaB6电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理的分子动力学方法系统地计算了温度为300K时CaB6基态的电子结构、态密度和光学性质.能带结构分析表明CaB6属于一种直接带隙半导体;其导带主要由Ca的3d态电子构成,价带主要由B的2p态电子构成,静态介电常数ε1(0)=7.8,折射率n(0)=2.8,吸收系数最大峰值为4.37×105...     

反位缺陷对碳化硅纳米管电子结构和光学性质影响研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对含有反位缺陷（5,5）单壁碳化硅纳米管的电子结构和光学性质进行了研究.纳米管进行结构优化的结果显示,C_Si缺陷在纳米管表面形成了凹陷,Si_C缺陷形成了凸起;反位缺陷在纳米管的导带底附近形成了缺陷能级,使纳米管表现出n型导电的特点,由价带顶到缺陷能级的跃迁,在垂直和平行于纳米管管轴方向上形成了新的介电峰.     

Common electronic band gaps and similar optical properties of ZnO nanotubes

Electronic and optical properties of single-walled zinc oxide （ZnO） nanotubes are investigated from the firstprinciples calculations. Electronic structure calculations show that ZnO nanotubes are all direct band gap semiconducting nanotubes and the band gaps are relatively insensitive to the diameter and chirality of tubes. The origin of the common electronic band gaps of ZnO nanotubes is explained in terms of band-folding from the two-dimensional band structure of graphite-like sheet. Moreover, the optical properties such as dielectric function and energy loss function spectra of different ZnO nanotubes are very similar, relatively independent of diameter and chirality of tubes. The calculated dielectric function and loss function spectra show a moderate optical anisotropy with respect to light polarization.