LaAlO3/SrTiO3界面的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合局域密度近似（LDA）研究了钙钛矿结构氧化物LaAlO3 /SrTiO3界面的电子结构及光学性质。能带结构分析表明当形成(AlO2)-/(TiO2)0界面时其禁带宽度为1.888 eV,呈现绝缘体的性质,当形成(LaO)+/(SrO)0界面时其禁带宽度为0.021 eV,呈现半导体或半金属性质。同时,对不同界面的光学性质也进行了研究,结果表明纯相的LaAlO3和SrTiO3的吸收系数、反射系数及能量损失谱强度明显高于由这两种单质形成不同界面的强度。     

LaAlO3/SrTiO3界面的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合局域密度近似(LDA)研究了钙钛矿结构氧化物LaAlO3/SrTiO3界面的电子结构及光学性质.能带结构分析表明当形成(AlO2)-/(TiO2)0界面时其禁带宽度为1.888 eV,呈现绝缘体的性质,当形成(LaO)+/(SrO)0界面时其禁带宽度为0.021eV,呈现半导体或半金属性质.同时,对不同界面的光学性质也进行了研究,结果表明纯相的LaAlO3和SrTiO3的吸收系数、反射系数及能量损失谱强度明显高于由这两种单质形成不同界面的强度.     

LaAlO3/SrTiO3异质界面磁场调控的反常金属态

自LaAlO₃/SrTiO₃异质界面发现高迁移率的二维电子气以来,其二维超导电性、界面磁性和自旋轨道耦合等诸多物理性质已经被广泛研究.对于二维超导体,零温下超导-反常金属相变的起源仍然是一个悬而未决的问题.传统理论认为在超导-绝缘量子相变中只存在2种基态,即库珀对的超导基态和绝缘基态.然而在研究超导颗粒膜中超导电性的演化与厚度和温度的关系时发现,存在一个中间金属态破坏了超导体和绝缘体之间的直接过渡.这种中间金属态的标志性特征是,在超导转变温度之下存在饱和的剩余电阻,与之对应的基态称作反常金属态.本文主要对在LaAlO₃/SrTiO₃(001)异质界面磁场诱导的超导-反常金属量子相变进行了系统的研究.在没有外加磁场的情况下,电阻-温度(R-T)曲线和电流-电压(I-V)特性曲线表明样品在超导转变温度之下处于超导态.外加磁场会导致样品在低温下出现饱和电阻、正的巨磁阻和低电流范围内的线性I-V曲线.另外,霍尔电阻在一定的磁场之下会出现零电阻平台,而此时纵向电阻不为零,表现出明显的玻色金属态的特征.研究结果...     

C/SiC纳米管异质结电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对扶手椅型(4,4)和(6,6)及锯齿型(8,0)和(10,0)C/SiC纳米管异质结的电子结构进行了研究.结果表明两类异质结结构都表现为半导体特性.扶手椅型纳米管异质结形成了Ⅰ型异质结,电子和空穴都限制在碳纳米管部分.锯齿型纳米管异质结中价带顶主要分布在碳纳米管部分及C/SiC界面处,而导带底均匀分布在整个纳米管异质结上.这两种异质结结构在未来纳米器件中具有潜在的应用价值. 关键词： C/SiC纳米管异质结 第一性原理 电子结构     

Ce掺杂SrMnO3的电子结构和磁性的第一性原理研究

用含超软赝势平面波方法的广义梯度近似第一性原理对Ce掺杂SrMnO₃的电子结构和磁性进行了相关研究. 不同的Mn-O键长说明MnO₆八面体发生了强的Jahn-Teller扭曲, 并伴随着晶体构型由立方体(Pm3m)转变为四方晶系(I4/mcm), 同时,Jahn-Teller扭曲也稳定了C型反铁磁基态构型. 电子结构结果表明SrMnO₃和Sr_1-xCe_xMnO₃(x=0.12     

BiTiO3电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法, 对BiTiO₃的多种结构进行了计算. 计算结果表明, C1C1结构最为稳定, 对应晶格参数为a=b=5.606 Å, c=9.954 Å; α=β=105.1°, γ=61.2°. 进一步对C1C1结构的BiTiO₃的能带结构、电子性质和光学性质进行了研究, 发现BiTiO₃是间接带隙半导体, 其费米面附近的能带主要由Ti-3d和O-2p层的电子态构成. 通过介电函数、复折射率和反射率等的研究, 发现BiTiO₃的光学性质为近各向同性.     

LuI3 闪烁晶体的第一性原理研究

采用基于第一性原理的赝势和平面波方法计算了新型闪烁晶体基质材料 LuI₃的结构特性和电子特性. 计算结果表明: -4.4 eV附近有一个宽度约为0.2 eV的窄带, 主要是Lu的4f态; -3.55–0 eV之间的态组成了价带, 这主要是I的5p态; 2.44–12.35 eV之间的态组成了LuI₃的导带, 这主要来源于Lu的5d态, 其中还含有少量的Lu的6s态的贡献. 在-3.46 eV处, Lu的6s态、4f态和I的5p态同时出现了尖峰, 说明相邻的Lu原子的6s态, 4f态与I原子的5p态之间的相互作用强, 出现了杂化峰. 估算出LuI₃晶体的理论光产额约为100000 ph/MeV, 主要得益于LuI₃合适的带隙和能带结构. 关键词： 3')" href="#">LuI₃ 第一性原理 电子结构     

第一性原理研究3C-SiC/Mg复合材料界面的电子结构

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法对4种3C-SiC(111)/Mg(0001)界面模型进行研究.界面间距和粘附功的计算表明,结构优化之后的界面模型只在z轴方向发生了移动,界面间距发生了不同程度的缩短;中心型模型的稳定性强于顶位型模型,C终端结构的稳定性强于Si终端结构,中心型C终端的界面模型具有最大的粘附功(2.5834 J/m~2)和最小的界面间距(1.7193?),是4种模型中最稳定的结构. Mulliken电荷、电荷密度分布、差分电荷密度和态密度的计算表明,中心性结构的Si终端和C终端模型界面处存在共价键、离子键和金属键.     

Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构影响的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb掺杂对TiO₂/NiTi界面电子结构的影响.体系生成能的计算结果表明,4种TiO₂/NiTi界面结构中,NiTi中Ti原子和TiO₂中O原子相邻的界面,即Ti/O界面的生成能最大,结构最稳定.在Ti/O界面结构优化的基础上,态密度、电荷分布以及集居数的计算结果均表明：Nb原子取代界面上的Ti原子后,界面原子之间的结合力增强,且界面附近的基体和氧化层中原子之间的相互作用也增加,有利 关键词： NiTi金属间化合物 2/NiTi界面')" href="#">TiO₂/NiTi界面 电子结构 第一性原理计算     

Fe:Mg:LiNbO3晶体电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理, 研究了LiNbO₃晶体以及不同Mg浓度的Fe:Mg:LiNbO₃晶体的电子结构和吸收光谱. 研究结果显示: 掺铁铌酸锂晶体的杂质能级由Fe 的3d轨道和O的2p轨道贡献, 禁带宽度为2.845 eV; 对于Mg, Fe共掺样品, Mg的浓度小于或等于阈值时, 禁带宽度分别为2.901 和2.805 eV; 掺铁铌酸锂晶体的吸收谱在2.3和2.6 eV处分别存在一个吸收峰, 其强度因Mg的浓度不同而发生变化. 研究结果还表明, 不同浓度的Mg对晶体内Fe²⁺和Fe³⁺的浓度以及占位产生了不同的影响. 还提出了光电子的形成不应单独考虑铁的轨道电子态, 而应同时考虑与铁成键的氧的轨道电子态的观点.     

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.     

First-principles study of electronic structure and magnetic properties of SrTi1−xMxO3 (M= Cr,Mn, Fe,Co, or Ni)

We used first-principles calculations to conduct a comparative study of the structure and the electronic and magnetic properties of SrTiO₃ doped with a transition metal (TM), namely, Cr, Mn, Fe, Co, or Ni. The calculated formation energies indicate that compared with Sr, Ti can be substituted more easily by the TM ions. The band structures show that SrTi_0.875Cr_0.125O₃ and SrTi_0.875Co_0.125O₃ are half metals, SrTi_0.875Fe_0.125O₃ is a metal, and SrTi_0.875Mn_0.125O₃ is a semiconductor. The 3d TM-doped SrTiO₃ exhibits various magnetic properties, ranging from ferromagnetism (Cr-, Fe-, and Co-doped SrTiO₃) to antiferromagnetism (Mn-doped SrTiO₃) and nonmagnetism (Ni-doped SrTiO₃). The total magnetic moments are 4.0_μB, 6.23_μB, and 2.0_μB for SrTi_0.75Cr_0.25O₃, SrTi_0.75Fe_0.25O₃, and SrTi_0.75Co_0.25O₃, respectively. Room-temperature ferromagnetism can be expected in Cr-, Fe-, and Co-doped SrTiO₃, which agrees with the experimental observations. The electronic structure calculations show that the spin polarizations of the 3d states of the TM atoms are responsible for the ferromagnetism in these compounds. The magnetism of TM-doped SrTiO₃ is explained by the hybridization between the TM-3d states and the O-2p states.     

Structural and electronic properties of Fe-doped BaTiO3 and SrTiO3

We have performed first principles calculations of Fe-doped BaTiO3 and SrTiO3. Dopant formation energy, structure distortion, band structure and density of states have been computed. The dopant formation energy is found to be 6.8eV and 6.5eV for Fe-doped BaTiO3 and SrTiO3 respectively. The distances between Fe impurity and its nearest O atoms and between Fe atom and Ba or Sr atoms are smaller than those of the corresponding undoped bulk systems. The Fe defect energy band is obtained, which mainly originates from Fe 3d electrons. The band gap is still an indirect one after Fe doping for both BaTiO3 and SrWiO3, but the gap changes from Γ-R point to Γ-X point.     

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     

First-principles study of the （001） surface of cubic PbHfO3 and BaHfO3

Using first-principles techniques,we investigate the(001) surfaces of cubic PbHfO3(PHO) and BaHfO3(BHO) terminated with both AO(A=Pb and Ba) and HfO2.Surface structure,partial density of states,band structure,and surface energy are obtained.The BaO surface is found to be similar to its counterpart in BHO.For the HfO2-terminated surface of cubic PHO,the largest relaxation appears on the second-layer atoms but not on the first-layer ones.The analysis of the structure relaxation parameters reveals that the rumpling of the(001) surface for PHO is stronger than that for BHO.The surface thermodynamic stability is explored,and it is found that both the PbO-and the BaO-terminated surfaces are more stable than the HfO2-terminated surfaces for PHO and BHO,respectively.The surface energy calculations show that the(001) surface of PHO is more easily constructed than that of BHO.