Electronic Correlation Effects on the Optical Properties of SiC,BeO and Boron Nitride Nanotubes and Monolayers

We present numerical calculation of the impact of electron-electron interaction on the behavior of density of states and optical properties of BeO,SiC and Boron-Nitride nanotubes and sheets.Hubbard model hamiltonian is applied to describe the dynamics of electrons on the lattice structure of theses compounds.The excitation spectrum of the system in the presence of local electronic interactions has been found using mean Seld approach.We find the band gap width in both optical absorption and density of states reduces with local Hubbard electronic interaction parameter.The absorption spectra exhibits the remarkable peaks,mainly owing to the divergence behavior of density of states and excitonic effects.Also we compare optical absorption frequency behavior of BeO,SiC and Boron-Nitride nanotubes with each other.Furthermore we investigate the optical properties of BeO and SiC sheets.A novel feature of optical conductivity of these structures is the decrease of frequency gap in the optical spectrum due to electronic interaction.     

Drude Weight, Optical Conductivity of Two-Dimensional Hubbard Model at Half Filling

We study the Drude weight D and optical conductivity of the two-dimensional （2D） Hubbard model at half filling with staggered magnetic flux （SMF）. When SMF being introduced, the hopping integrals are modulated by the magnetic flux. The optical sum rule, which is related to the mean kinetic energy of band electrons, is evaluated for this 2D Hubbard Hamiltonian. Our present result gives the dependence of the kinetic energy, D and the optical conductivity on SMF and U. At half filling D vanishes exponentially with system size. We also find in the frequency dependence of the optical conductivity, there is δ-function peak at ω ≈ 2｜m｜U and the incoherent excitations begin to present themselves extended to a higher energy region.     

扶手椅型碳化硅纳米管电子结构和光学性质的研究

本文基于密度泛函理论研究了扶手椅型碳化硅纳米管(SiCNT)的电子结构、成键机制以及其光学性质。研究结果表明:当碳和硅的原子比为1∶1时,SiCNT的结构最为稳定,并且表现出诸多的优良性质。通过分析计算结果我们发现,SiCNT是间接带隙材料,并且管子的带隙随着直径的增加而增加。从SiCNT的轨道图谱中我们看到碳和硅原子之间属于sp2杂化,同时硅原子周围的电子密度明显要低于碳原子周围的电子密度。对能态密度的计算我们得知碳原子和硅原子分别主导价带和导带。与其它纳米管(BN)有所不同,SiCNT的光学性质更接近于各向同性材料。     

单壁氮化硼纳米管的结构、对称性和晶格动力学

本文分析了氮化硼纳米管的结构对称性,并对其晶格振动模的对称性进行了分类。计算了单壁氮化硼纳米管的声子色散关系,给出了扶手椅管和锯齿管拉曼和红外活性模的频率随管径的变化规律。     

Strain Effects on Electronic Properties of Boron Nitride Nanoribbons

We investigate the strain effects on the electronic properties of boron nitride nanoribbons （BNNFts） by using firstprinciples calculations. The results show that the energy gap of BNNRs with both armchair edges （A-BNNRs） and zigzag edges （Z-BNNFts） decreases as the strain increases. As strain increases, the energy gaps of Z-BNNRs decrease rapidly as the width increases and reduce significantly to small values, which makes Z-BNNRs change from wide-gap to narrow-gap semiconductors.     

Drude Weight,Optical Conductivity of Two-Dimensional Hubbard Model at Half Filling

We study the Drude weight D and optical conductivity of the two-dimensional (2D) Hubbard model at half filling with staggered magnetic flux (SMF). When SMF being introduced, the hopping integrals are modulated by the magnetic flux. The optical sum rule, which is related to the mean kinetic energy of band electrons, is evaluated for this 2D Hubbard Hamiltonian. Our present result gives the dependence of the kinetic energy, D and the optical conductivity on SMF and U. At half filling D vanishes exponentially with system size. We also find in the frequency dependence of the optical conductivity, there is δ-function peak at ω≈2|m|U and the incoherent excitations begin to present themselves extended to a higher energy region.     

含六方氮化硼的一维光子晶体的光学特性

从麦克斯韦方程组出发,结合电磁场边界条件推导出在倾斜光轴条件下的传输矩阵。利用该传输矩阵研究了光轴方向对基于六方氮化硼的光子晶体光学特性的影响。研究表明,当Ф=0~°时,此结构会在六方氮化硼Ⅱ型双曲区域出现全方位禁带。随着Ф的不断增大,TE波和TM波在Ⅱ型双曲区域内的光子禁带逐渐错开,对于TM波,Ⅰ型双曲区域开始产生禁带,且朝着低频方向移动;Ⅱ型双曲区域内的禁带不断变窄,并往高频方向移动。利用这些特性,可实现偏振光分离和禁带加宽。     

磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响

我们采用半经验的模型、用单激发组态相互作用方法计算并讨论了外加轴向磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响。由于电子电子间相互作用的影响,磁场导致碳纳米管吸收峰能级分裂与磁场不成正比。该结果与简单的能带理论所给出的结果在低磁场情况下有本质的区别,并与实验结果有更高的符合度。该研究进一步证明了电子电子间相互作用以及激子在决定碳纳米管电子结构和光学性质中的重要作用。     

磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响

采用半经验的模型、用单激发组态相互作用方法计算并讨论了外加轴向磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响。由于电子电子间相互作用的影响,磁场导致碳纳米管吸收峰能级分裂与磁场不成正比。该结果与简单的能带理论所给出的结果在低磁场情况下有本质的区别,并与实验结果有更高的符合度。该研究进一步证明了电子电子间相互作用以及激子在决定碳纳米管电子结构和光学性质中的重要作用。     

毛刺状竹节结构氮化硼纳米管的合成与生长机理

以非晶硼和氧化镍纳米颗粒为原料,在氨气中1100 oC下合成了毛刺状竹节结构的氮化硼纳米管. 利用X射线衍射和透射电镜研究了氮化硼纳米管的结构和形貌. 竹节结构纳米管表面的毛刺是六方氮化硼的纳米薄片. 提出了一种基于固态硼和气态二氧化硼扩散的毛刺形貌生长机理.     

拓扑缺陷对单壁碳纳米管电子结构及其光学光谱的影响

应用密度泛函理论计算了半导体型单壁碳纳米管(7,0)和(8,0)以及其发生镜像对称和非镜像对称Stone-Wales形变、形成异质结(7,0)—(8,0)情况下的能带结构、吸收光谱、反射光谱,并对计算结果进行了比较。研究发现： 引入拓扑缺陷态后,碳纳米管的能带结构发生了明显的变化,费米能级在不同缺陷情况下移动方向不一致;碳管的吸收和反射明显减弱且吸收峰和反射峰在低能区发生红移现象;在光子能量约为E=13 eV处各碳管的吸收谱和反射谱中均出现一特征峰,并且在引入缺陷以后该特征峰向高能区移动。文章对计算结果进行了分析和探讨,可望利用这种拓扑缺陷的引入而产生的光电特性来设计碳管光电器件。     

高能球磨对碳纳米管形貌及场致发射显示特性的影响

用化学气相沉积法制备了碳纳米管,进行了不同时间的球磨处理。用扫描电镜、拉曼光谱对其形貌和结构进行了表征。对不同球磨条件下的碳纳米管制备成阴极,进行了场致发射特性的测试。结果表明,高能球磨会对碳纳米管的形貌、结构及场致发射性能有明显的影响。球磨时间为0．5～1h时,可以使碳纳半管变短而均匀,且场致发射电性能与未处理时相近,即有低的阈值电场和高的发射电流密度,从而使发射时在阳极上产生的荧光点密度大大增加,发光均匀。但研磨时间过长会改变碳纳半管结构,使其非晶化或石墨化,导致其场致发射性能和显示效果变差。     

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。     

硫化锌纳米管稳定性、电子性质和磁性质的比较研究

用第一性原理方法系统地研究硫化锌纳米管的稳定性、电子性质和掺杂磁性质.比较三种纳米管的稳定性.研究表明,六边形截面的双壁管的稳定性最高,相同截面的单壁管稳定性次之,而圆截面的之字形和扶手椅纳米管稳定性最低.电子能带结构计算表明它们都是直接带隙半导体.纳米管表面氢吸附后,六边形截面的单壁管转变为间接带隙半导体.研究了磁性原子掺杂六边形截面管的磁性质.发现掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是一个放热反应.纳米管的总磁矩等于掺杂的磁性原子的磁矩.这些单掺杂纳米管在可调磁的新材料方面有潜在的应用价值.     

掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性.掺杂使扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRs）的带隙增大,不同位置掺杂AGNRs的带隙大小略有差异.在无磁性态,无论是否掺杂,锯齿型石墨烯纳米带（ZGNRs）都为金属.在铁磁态,掺杂使ZGNRs由金属转变为半导体.而处于反铁磁态时,无论是否掺杂,ZGNRs都为半导体,掺杂使其带隙发生改变.掺杂的AGNRs和ZGNRs的结构稳定,掺杂ZGNRs的基态为反铁磁态.掺杂菱形BN片可以有效调控GNRs的电子特性.     

Zn空位及Cu掺杂对ZnTe电子结构及光学性质的影响

利用基于密度泛函理论框架下的平面波赝势法和广义梯度近似,计算分析了ZnTe结构本体、掺入杂质Cu(Zn0.875Cu0.125Te)及Zn空位(Zn0.875Te)体系的晶格常数及缺陷形成能,得到了不同体系的态密度、能带结构、集居数、介电函数、损失函数、吸收光谱、光电导率、复折射率及反射率。结果表明,掺杂Cu和Zn空位对ZnTe的晶胞参数、能带结构以及光学性质都产生了一定程度的影响。由于空位及杂质能级的引入,缺陷体系体积减小,晶胞参数也产生了一定的改变,同时缺陷体系禁带宽度减小并给受主能级价带顶提供n型电导性;此外,缺陷体系吸收光谱产生红移,电子在可见光区的跃迁明显增强并出现介电峰,改善了ZnTe的光学性质。     

超细0.4nm直径单壁碳管的光学特性

由于纳米碳管的优异机械特性及其丰富多采的光学和电学特性，它自1991年被发现以来一直受到科学家的青睐，纳米碳管研究已成为当今世界上发展最迅速，竞争最激烈的科学前沿领域之一。怎样才能把纳米碳管做得更细小，尺寸更均匀以及如何使众多的纳米碳管排列规整，一直是纳米碳管研究中的难题。我们利用多孔的沸石晶体作为载体，首次成功地研制出了尺寸均一，排列规整的超细单壁纳米碳管，这些超细纳米碳管具有独特的性能，低温下（＜20K）甚至呈现出前所未有的一维超导现象。详细介绍了这些超细单壁纳米碳管的制备过程，并着重介绍其在可见光区的光吸收，光发射以及二次谱波的倍频特性。     

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.     

共轭低聚物中光生分子间电荷转移态的第一性原理研究

本文基于第一性原理中的Heyd-Scuseria-Ernzerh方法研究了单层In_1-xGa_xN的电子结构和光学性质.计算得到单层In_1-xGa_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-xGa_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-xGa_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.