Ga掺杂ZnS的电子结构和光学性质

本文基于第一性原理平面波赝势（PWP）和广义梯度近似（GGA）方法,对ZnS闪锌矿结构掺入杂质Ga体系进行结构优化处理. 计算了该体系下ZnS材料的电子结构和光学性质. 详细分析了其平衡晶格常数、能带结构、电子态密度分布和光学性质．结果表明：由于杂质Ga的引入,ZnS体系体积略有膨胀,并在在费米面附近出现了深施主能级,单纯的通过Ga掺杂来实现低阻ｎ型ZnS材料较为困难;由于杂质能级的引入,整个介电峰向低能方向偏移,电子在可见光区的跃迁显著增强．     

Ti和Al共掺杂ZnS的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理研究Ti和Al单掺杂和(Ti,Al)共掺杂ZnS的能带结构、电子态密度分布、介电函数、光学吸收系数,分析了掺杂后电子结构与光学性质的变化.计算结果表明:掺杂后禁带中引入了新的杂质能级,费米能级进入导带.掺杂改变了ZnS晶体的导电特性,使它表现出金属特性,导电性能增强;与纯净ZnS相比,Ti单掺杂和(Ti,Al)共掺杂ZnS的吸收边均出现明显的红移,且在1.79eV左右出现了一个新峰;而Al单掺杂ZnS的吸收边则发生明显的蓝移,且不产生新的吸收峰.     

第一性原理计算Ti掺杂CrSi2的光电特性简

采用第一性原理方法对Ti掺杂CrSi2的几何结构、电子结构、复介电函数、吸收系数、反射谱、折射率和光电导率进行了计算,对Ti置换Cr原子后的光电特性变化进行了分析.结果表明:Ti置换Cr原子后,晶格常数a,b和c均增大,体积变大;Ti的掺入引入了新的杂质能级,导致费米能级插入价带中,Cr11TiSi24变为p型半导体,带隙宽度由未掺杂时的0.38eV变为0.082eV,价带顶和导带底的态密度主要由Cr-d和Ti-d层电子贡献;与未掺杂CrSi2相比,Cr11TiSi24的介电峰发生了红移,仅在1.33eV处有一个峰,而原位于4.53eV处的峰消失;吸收系数,反射率和光电导率明显降低.     

ZnS结构相变、电子结构和光学性质的研究

运用第一性原理平面波赝势和广义梯度近似方法, 对闪锌矿结构(ZB)和氯化钠结构(RS) ZnS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理. 结果表明: 通过状态方程得到ZB相到RS相的相变压强值为18.1 GPa, 而利用焓相等原理得到的相变压强值为18.0 GPa; 在结构相变过程中, sp³轨道杂化现象并未消失, RS相ZnS的金属性明显增强; 与ZB相ZnS相比, RS相ZnS的介电常数主峰明显增强, 并向低能方向出现了明显偏移, 使得介电峰向低能方向拓展, 在低能区电子跃迁大大增强. 关键词： 硫化锌 相变 电子结构 光学性质     

不同3d过渡金属掺杂对ZnS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方法对掺杂不同3d过渡金属元素的闪锌矿型ZnS系统进行了研究。结果表明,掺杂元素的主要贡献在费米面附近,掺杂后系统的价带底、导带均向低能方向移动,带隙变小。Fe、Mn、Cr、V的掺杂为n型掺杂,Cu、Ni、Co的掺杂为p型掺杂。掺杂后系统的光学吸收边都有明显的红移,在绿光区有较强的吸收。此外,V和Cr掺杂系统在远紫外区也有较强的吸收,结果与实验符合。     

ZnS掺Ag与Zn空位缺陷的电子结构和光学性质

本文基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,对ZnS闪锌矿结构本体、掺入p型杂质Ag和Zn空位超晶胞进行结构优化处理. 计算了三种体系下ZnS材料的电子结构和光学性质,并从理论上给出了p型ZnS难以形成的原因. 详细分析了其平衡晶格常数、能带结构、电子态密度分布和光学性质.结果表明:在Ag掺杂与Zn空位ZnS体系中,由于缺陷能级的引入,禁带宽度有所减小,在可见光区电子跃迁明显增强. 关键词： 硫化锌 缺陷 电子结构 光学性质     

碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算研究碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果表明：C原子替代O原子和C原子替代Zn原子两种掺杂体系的电子结构存在明显差异,这主要是由于C原子的电子分布及对周围原子的影响不同;碳掺杂ZnO光学性质的变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有明显变化.结合电子结构定性解释了光学性质的变化. 关键词： ZnO 碳掺杂 电子结构 光学性质     

W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO, W单掺杂ZnO, Cu单掺杂ZnO,以及W-Cu共掺杂ZnO电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂属于n型掺杂, Cu掺杂属于p型掺杂,单掺杂均可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性. W-Cu共掺杂时ZnO进入简并状态,呈现金属性质.三种掺杂ZnO的吸收光谱均发生红移,其中W-Cu共掺杂时, ZnO对太阳光谱的吸收效果最好.     

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     

过渡金属Fe或Ag掺杂K2Ti6O13的电子结构和光学性质

本文利用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算研究了它们的电子结构和光学性质.光学性质的计算结果和实验相一致.结果表明,Fe或Ag掺杂后,K₂Ti₆O₁₃的带隙中出现了杂质带且其带隙值变小,因而使掺杂后的K₂Ti₆O₁₃的吸收边发生红移并实现了其对可见光吸收.其中杂质带主要由Fe 3d态或Ag 4d态与Ti 3d态和O 2p态杂化而成.对于Fe掺杂的K₂Ti₆O₁₃,杂质带位于带隙中间,因此可以作为电子从价带跃迁到导带的桥梁.对于Ag掺杂的K₂Ti₆O₁₃,杂质带位于价带顶附近为受主能级,可以降低光生载流子的复合概率.实验和计算研究表明,通过Fe或Ag的掺杂可以实现了K₂Ti₆O₁₃对可见光的吸收,这对进一步研究K₂Ti₆O₁₃的光学性质具有重要意义.     

Electronic structures and optical properties of TiO2:Improved density-functional-theory investigation

TiO2 has been recently used to realize high-temperature ferromagnetic semiconductors.In fact,it has been widely used for a long time as white pigment and sunscreen because of its whiteness,high refractive index,and excellent optical properties.However,its electronic structures and the related properties have not been satisfactorily understood.Here,we use Tran and Blaha＇s modified Becke-Johnson（TB-mBJ） exchange potential（plus a local density approximation correlation potential） within the density functional theory to investigate electronic structures and optical properties of rutile and anatase TiO2.Our comparative calculations show that the energy gaps obtained from mBJ method agree better with the experimental results than that obtained from local density approximation（LDA） and generalized gradient approximation（GGA）,in contrast with substantially overestimated values from many-body perturbation（GW） calculations.As for optical dielectric functions（both real and imaginary parts）,refractive index,and extinction coefficients as functions of photon energy,our mBJ calculated results are in excellent agreement with the experimental curves.Our further analysis reveals that these excellent improvements are achieved because mBJ potential describes accurately the energy levels of Ti 3d states.These results should be helpful to understand the high temperature ferromagnetism in doped TiO2.This approach can be used as a standard to understand electronic structures and the related properties of such materials as TiO2.     

Electronic structures and optical properties of TiO₂:Improved density-functional-theory investigation

TiO2 has been recently used to realize high-temperature ferromagnetic semiconductors.In fact,it has been widely used for a long time as white pigment and sunscreen because of its whiteness,high refractive index,and excellent optical properties.However,its electronic structures and the related properties have not been satisfactorily understood.Here,we use Tran and Blaha’s modified Becke-Johnson(TB-mBJ) exchange potential(plus a local density approximation correlation potential) within the density functional theory to investigate electronic structures and optical properties of rutile and anatase TiO2.Our comparative calculations show that the energy gaps obtained from mBJ method agree better with the experimental results than that obtained from local density approximation(LDA) and generalized gradient approximation(GGA),in contrast with substantially overestimated values from many-body perturbation(GW) calculations.As for optical dielectric functions(both real and imaginary parts),refractive index,and extinction coefficients as functions of photon energy,our mBJ calculated results are in excellent agreement with the experimental curves.Our further analysis reveals that these excellent improvements are achieved because mBJ potential describes accurately the energy levels of Ti 3d states.These results should be helpful to understand the high temperature ferromagnetism in doped TiO2.This approach can be used as a standard to understand electronic structures and the related properties of such materials as TiO2.     

BaZrO3和CaZrO3能带和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论基础上的CASTEP软件包,计算了BaZrO3和CaZrO3的能带以及光学性质.计算得到BaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.49 eV和3.23eV,CaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.73 eV和3.38 eV.对这两种材料的介电函数、吸收系数、反射系数、折射系数、湮灭系数和能量损失系数等光学系数进行了计算,并基于电子能带对光学性质进行了解释.得出,光学特性的异同是由于其内部微观结构上的异同所引起的.     

ZnS电子结构及电性能应力效应的研究

基于广义梯度近似平面电子波函数密度泛函理论计算的方法研究了无压力下和在1GPa外压应力下闪锌矿结构ZnS的能带结构、电子状态密度、结合状况和介电性能。结果表明在外加1GPa压力时闪锌矿结构ZnS晶格常数由2.7605Å减小到2.7049Å,对称性不变。在外压1GPa应力下ZnS仍呈直接带隙的能带结构,带隙宽度较未加压力时减小到1.698eV。在外加1GPa压应力下ZnS费米能附近的载流子浓度大大增加,更容易发生跃迁而产生电迁移和光电现象。外加1GPa压力时Zn-S键长由2.3905Å减小到2.3405Å,Zn-S成键数量由1.820个增加到1.860个。ZnS硫化物在紫外和可见光波段主要存在四个介电吸收峰,外加1GPa压应力下位于170nm和210nm附近的直接跃迁介电吸收峰强度降低。     

W掺杂ZnO电子结构与光学性质第一性原理计算

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算本征ZnO和不同W掺杂浓度下W:ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性.掺杂后,吸收光谱发生红移现象,且光学性质变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有太大变化,计算结果与相关实验结果相符合.最后,结合电子结构定性分析了光学性质的变化.     

镓掺杂氧化锌和硫化锌电子结构差异的第一性原理

运用第一性原理进行了相关计算研究Ga掺杂的ZnO和ZnS的电子结构的差异. 结果表明,LDA和LDA+U计算的结果在定性上是一致的. 掺杂Ga以后,ZnO和ZnS的费米能级处均出现杂质态. 掺杂中的ZnO,杂质态在导带是离域的. 掺杂后的ZnS,虽然p态比较离域,但其s态在费米能级处却是局域的. 前线轨道的电荷密度分布也给出了相同的信息. 交换ZnO和ZnS的晶格结构,结果不变. 局域化的Ga-s态是导致掺杂ZnS电学性能差的原因.