立方(Ba0.5Sr0.5)TiO3高压诱导带隙变化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算研究了 (Ba_0.5Sr_0.5)TiO₃ (BST) 晶体在高压下的电子结构及能带变化行为. 研究结果发现,随着压强的增加,BST能带间隙先增加,在压强为55 GPa时达到最大值,然后减小,这些有趣的结果将有助于开发与设计新的BST铁电器件. 进一步地,通过电子态密度和密度分布图的研究分析可知:在低压区域(055 GPa),则是出现的离域现象占主导(电子的离域作用超过键态的作用),从而使带隙减小. 关键词： 钛酸锶钡 第一性原理 高压 能带间隙     

BaF2高压相变行为的第一性原理研究

通过理论计算研究了BaF₂在高压下的晶体结构及物理性质.结果表明,在3.5和18.3 GPa,BaF₂依次经历了Fm■m-Pnma-P6₃/mmc两次结构相变,相变过程伴随着体积的塌缩,均为一级相变.约15 GP时,Pnma相晶轴压缩性出现异常,表现为随压强增大,晶轴b_o轻微增加,a_o略微减小.对其电子态密度进行分析发现,在16 GPa以后,由于F1原子的p_y+p_z与p_x轨道电子离域,导致其带隙随压强增加而降低.在约20 GPa时,Pnma相完全转变为P6₃/mmc相,相变完成.对BaF₂的拉曼峰位随压强变化进行了计算,为其高压拉曼光谱行为提供了相应的理论依据.计算了P6₃/mmc相在不同压强下的声子色散曲线,揭示了其卸压过程中的滞后机制,计算结果还预测该物相至少可以稳定到80 GPa.     

高压下BaHfO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域密度近似下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法系统地研究了高压对BaHfO₃电子结构与光学性质的影响.能带结构分析表明;无压强和施加正压强作用时,BaHfO₃为直接带隙绝缘体,而施加负压强时,BaHfO₃则转变为间接带隙半导体;BaHfO₃的带隙随压强增加而减小,且具有明显的非线性关系.对光学性质的分析发现:施加正压强后,光学吸收带边产生蓝移;负压强作用时介电函数虚部尖峰减少,光学吸收带边产生红移;施加压强后BaHfO₃的静态介电常数和静态折射率均增大.上述研究表明施加高压有效调制了BaHfO₃的电子结构和光学性质,计算结果为BaHfO₃光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

压力对有机半导体均苯四甲酸晶体结构转变和电子性质的影响

研究高压条件下均苯四甲酸(C₁₀H₆O₈)材料的结构和性质对探索有机半导体材料的应用有积极意义.基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,开展了0-300 GPa压强下C₁₀H₆O₈晶体的结构、电子和光学性质的研究.晶格常数在压强20 GPa和150 GPa下出现了明显跳变,且原子之间随着压强变化反复地出现成键/断键现象,表明压强可诱导晶体结构变化.电子结构的性质表明,0 GPa的C₁₀H₆O₈晶体是带隙为3.1 eV的直接带隙半导体,而压强增加到150 GPa时,带隙突变为0 eV,表明了晶体由半导体转变为导体.当压强为160 GPa时,晶体又变成了能隙约为1eV的间接带隙半导体,这可能是费米能级附近仅受O-2p轨道电子影响所导致.通过对C₁₀H₆O₈晶体介电函数的分析,再次验证了晶体在150 GPa时发生了结构相变.同时...     

磁控共溅射法制备的Zn2GeO4多晶薄膜结构及其光致发光研究

用射频磁控共溅射方法在不同温度的单晶硅基片上生长薄膜,然后在800℃真空环境下对薄膜进行退火处理,成功获得了结晶状态良好的Zn₂GeO₄多晶薄膜.利用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行了结构、成分和形貌分析,研究了基片温度对三者的影响. 结果显示,当基片温度升高到400℃以上时,薄膜中的Zn₂GeO₄晶粒在(220)方向上显示出了明显的择优取向. 当基片温度在500—600℃范围内,有利于GeO₂结晶相的形成. XPS显示薄膜中存在着Zn₂GeO₄,GeO₂,GeO,ZnO四种化合态. 同时,随着基片温度的升高,晶粒尺寸增大且薄膜表面趋于平整. 薄膜的光致发光在绿光带存在中心波长为530和550nm两个峰,应该归因于主体材料Zn₂GeO₄中两个不同的Ge²⁺的发光中心. 关键词： 射频磁控溅射 2GeO₄')" href="#">Zn₂GeO₄ 荧光体     

化学气相沉积法制备Zn2GeO4纳米线及其发光性质的研究

利用化学气相沉积法（CVD）,气-液-固（VLS）生长法则在表面溅有金属Au催化剂层的1 cm×1 cm的Si片上制备三元Zn₂GeO₄纳米线。X射线衍射仪（XRD）测试结果表明,锌源与锗源质量比为8：1时可成功制备出Zn₂GeO₄纳米结构;扫描电子显微镜（SEM）测试结果表明,Zn₂GeO₄纳米线直径为100 nm,长度为10~11 μm;光致发光（PL）测试结果表明,Zn₂GeO₄纳米线在432和480 nm处具有两个发光峰,最后对其生长机理进行了分析。     

高压拉曼光谱方法研究联苯分子费米共振

测量了0—15 GPa压强下联苯分子的拉曼光谱. 结果表明,随压强增加,分子内和分子间π-π共轭和离域效应增强,谱线的绝对强度变大、蓝移. 联苯分子的两费米共振谱线强度比R_f/a减少,频率差Δ增加,当压强为8 GPa时,费米共振现象消失,利用Betran理论得出了固有频率差Δ₀和耦合系数ω随压强的变化关系,通过高压下相变进行了解释,并探讨了高压下费米共振耦合变弱的机理. 关键词： 联苯 费米共振 高压 拉曼光谱     

极端条件下6Li2O的热力学性能与电子结构

 采用密度泛函理论与准谐振德拜模型研究了面心立方相的⁶Li₂O在极端条件下的热力学性质与电子结构。结果表明: ⁶Li₂O的热膨胀系数在任何温度下都随压强增加明显降低,但仅当压强较低(低于40 GPa)时,温度对6Li2O的热膨胀系数的影响才明显;O原子半径随压强增大而迅速降低,而随温度的变化并不明显;在低压条件下(低于40 GPa),带隙随温度的升高缓慢降低;而在高压条件下(高于40 GPa),温度对带隙宽度的影响几乎可以忽略;无论在什么温度条件下,带隙宽度均随压强的增大而迅速增加。     

N/Cu共掺杂锐钛矿型TiO2第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法, 采用局域自旋密度近似加Hubbard U值方法研究了纯锐钛矿型TiO₂, N, Cu单掺杂TiO₂及N/Cu共掺杂TiO₂ 的晶体结构、电子结构和光学性质. 研究结果表明, 掺杂后晶格发生相应畸变, 晶格常数变大. N 和Cu的掺杂在TiO₂禁带中引入杂质能级, 禁带宽度发生相应改变. 对于N掺杂TiO₂禁带宽度减小较弱, 而Cu掺杂和N/Cu共掺TiO₂禁带宽度显著降低, 导致吸收光谱明显红移, 光学催化性增强, 有利于实际应用.     

关于Zn1-xBexO电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论和平面波赝势技术的CASTEP程序对Zn_1-xBe_xO合金电子结构和光学性质进行了计算.当0≤x≤1,其带隙从0.963 eV变化到7.293 eV.分析了晶格畸变和能带间排斥效应对带隙的影响.当Be含量x=0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75时,a/b轴压应变控制着带隙变化;当x=0.875,1时,c轴压应变控制着带隙变化.能带间的p-d排斥影响价带顶变动,Γ_1v与Γ_1c之间排斥影响导带底变动.这些能带间的排斥效应被用来分析Zn_1-xBe_xO带隙变动.另外,也分析了Zn_1-xBe_xO介电函数虚部ε₂. 关键词： 带结构 光学性质 应变 排斥     

Zn2 GeO4:Mn2+绿色磷光粉的制备和长余辉性能

采用高温固相反应法合成了Zn_2GeO_4∶xMn~(2+)系列绿色长余辉磷光粉。XRD分析结果表明,掺锰磷光粉的主要衍射峰位与锗酸锌晶体标准卡基本一致,但略有红移。SEM照片显示,相对于Zn_2GeO_4基质平均粒径而言,掺锰磷光粉的颗粒尺寸均增大。在325 nm紫外光激发下,Zn_2GeO_4∶Mn~(2+)发射出强的530 nm绿光,优化掺锰离子浓度为0.5%。同时发现Zn_2GeO_4∶0.2Mn~(2+)磷光粉暗场条件下的余辉时间超过180 min,详细讨论了Zn_2GeO_4∶Mn~(2+)长余辉发光的内在机理。     

Behaviors of Zn_2GeO_4 under high pressure and high temperature

The structural stability of Zn_2GeO_4 was investigated by in-situ synchrotron radiation angle dispersive x-ray diffraction. The pressure-induced amorphization is observed up to 10 GPa at room temperature. The high-pressure and hightemperature sintering experiments and the Raman spectrum measurement firstly were performed to suggest that the amorphization is caused by insufficient thermal energy and tilting Zn–O–Ge and Ge–O–Ge bond angles with increasing pressure,respectively. The calculated bulk modulus of Zn_2GeO_4 is 117.8 GPa from the pressure-volume data. In general, insights into the mechanical behavior and structure evolution of Zn_2GeO_4 will shed light on the micro-mechanism of the materials variation under high pressure and high temperature.     

Ti掺杂W$lt;sub$gt;18$lt;/sub$gt;O$lt;sub$gt;49$lt;/sub$gt;纳米线的电子结构与NO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;敏感性能的第一性原理研究

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,通过理论建模,研究了Ti掺杂的非化学计量比W₁₈O₄₉纳米线的几何与能带结构以及电子态密度,并通过进一步计算NO₂/Ti-W₁₈O₄₉纳米线吸附体系的吸附能、电荷差分密度与电荷布居,分析了Ti掺杂W₁₈O₄₉纳米线的气体吸附与敏感性能. 计算发现,Ti掺杂改变了W₁₈O₄₉纳米线的表面电子结构,引入的额外的杂质态密度和费米能级附近能带结构的显著变化,使掺杂纳米线带隙与费米能级位置改变,纳米线导电性能增强. 吸附在W₁₈O₄₉纳米线表面的NO₂作为电子受体从纳米线导带夺取电子,导致纳米线电导降低,产生气体敏感响应. 与纯相W₁₈O₄₉纳米线相比,NO₂/Ti-W₁₈O₄₉纳米线吸附体系内部存在更多的电子转移,从理论上定量地反映了Ti掺杂对改善W₁₈O₄₉纳米线气敏灵敏度的有效性. 对Ti掺杂纳米线不同气体吸附体系电子布居的进一步计算表明,Ti掺杂纳米线对NO₂气体具有良好的灵敏度和选择性. 关键词： 密度泛函计算 Ti掺杂 18O₄₉纳米线')" href="#">W₁₈O₄₉纳米线 气敏     

高压下NH_4ClO_4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究

研究高压下NH_4ClO_4的结构和性质对于NH_4ClO_4在固体推进剂和炸药的安全应用具有重要意义.采用基于色散校正密度泛函理论的第一性原理方法,研究了0—15 GPa静水压力下NH_4ClO_4的晶体结构、分子结构、电子性质和弹性性质,计算结果与实验值具有较好的一致性.在压强为1,4和9 GPa时,NH_4ClO_4的晶体参数、键长和分子构型等均出现不连续变化,说明了在压强作用下结构发生变化.随着压强增加,氢键增多且作用增强,由分子内氢键向分子内和分子间的氢键转变;导带态密度峰值增加,电子局域性增强,晶体内N-H和Cl-O共价键作用增强,带隙增大,不同相变区域内带隙呈线性关系.0—15 GPa条件下NH_4ClO_4的弹性常数满足力学稳定性标准,采用Voigt-Reuss-Hill方法计算了体积模量B,剪切模量G和杨氏模量E,根据Cauchy压力和B/G值,说明NH_4ClO_4属于韧性材料,随着压强增加韧性增强.     

Structural, Electronic Properties and Chemical Bonding of Borate Li4CaB2O6 under High Pressure： an Ab Initio Investigation

We calculate structural, electronic properties and chemical bonding of borate Li4CaB2O6 under high pressure by means of the local density-functional pseudopotential approach. The equilibrium lattice constants, density of states, Mulliken population, bond lengths, bond angles as well as the pressure dependence of the band gap are presented. Analysis of the simulated high pressure band structure suggests that borate Li4CaB2O6 can be used as the semi-conductor optical material. Based on the Mulliken population analysis, it is found that the electron transfer of the Li atom is very different from that of other atoms in the studied range of high pressures. The charge populations of the Li atom decrease with the pressure up to 60 GPa, then increase with the pressure.     

光催化半导体Ag$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;ZnSnS$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算, 对光催化水解半导体Ag₂ZnSnS₄的改性方案做了理论研究. 在与同类化合物的带边位置比较后发现, Cu与Ge共掺杂能够在Ag₂ZnSnS₄中实现禁带宽度和带边位置的双重调节, 从而使其能带结构优化到光催化水解最为理想的状态. 另外, CuGaSe₂ 可与Ag₂ZnSnS₄形成type-Ⅱ型带阶结构, 制备它们的异质结同样可用于提升其光催化水解性能. 关键词： 光催化半导体 2ZnSnS₄')" href="#">Ag₂ZnSnS₄ 带阶 电子结构优化     

Zn吸附到含有氧空位(VO)以及羟基(-OH)的锐钛矿相TiO2(101)表面电子结构的第一性原理计算

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Zn吸附到TiO₂(101)清洁表面、含有氧空位(V_O)的缺陷表面以及既含有氧空位(V_O)又含有羟基(-OH)表面的能量、Mulliken重叠布居数以及电子结构, 并找到了Zn在每种表面的最稳定结构(分别为模型(c), 模型(aI)以及模型(aII)). 通过对三种表面稳定结构的分析、对比发现: 首先, Zn原子吸附到清洁TiO₂(101)表面上, 主要与表面氧相互作用, 形成Zn–O共价键; 其次, 当Zn原子吸附到缺陷表面时, 吸附能减小到-1.75 eV, 说明Zn更容易吸附到氧空位上(模型(aI)); 最后, 纵观表面模型的能带结构以及态密度图发现, -OH的引入并没有引进新的杂质能级, Zn吸附此表面, 即Zn-TiO₂-V_O-OH, 使得禁带宽度缩短到最小(1.85 eV), 从而有望提高TiO₂的光催化活性. 关键词： 密度泛函理论 氧空位 羟基 Zn原子     

第一性原理的广义梯度近似+U方法的纤锌矿Zn1-xMgxO极化特性与Zn0.75Mg0.25O/ZnO 界面能带偏差研究

在纤锌矿结构Zn_1-xMg_xO/ZnO异质结构中发现了高迁移率的二维电子气(2DEG), 2DEG 的产生很可能是由于界面上存在不连续极化, 而且2DEG通常也被认为是由极化电荷产生的结果. 为了探索2DEG的形成机理及其产生的根源, 研究Zn_1-xMg_xO合金的极化特性与ZnO/Zn_1-xMg_xO超晶格的能带排列是非常必要的. 基于第一性原理广义梯度近似+U方法研究了Zn_1-xMg_xO合金的自发极化随Mg组分x的变化关系, 其中极化特性的计算采用Berry-phase方法. 由于ZnO与Zn_1-xMg_xO 面内晶格参数大小相当, ZnO 与Zn_1-xMg_xO 的界面匹配度优良, 所以ZnO/Zn_1-xMg_xO 超晶格模型较容易建立. 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格静电势的面内平均及其沿着Z(0001)方向上的宏观平均. (5+3)Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格拥有较大的尺寸, 确保远离界面的Mg_0.25Zn_0.75O与ZnO区域与块体计算情况一致. 除此之外, 基于宏观平均为能量参考, 计算得到Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格界面处价带偏差为0.26 eV, 并且导带偏差与价带偏差的比值处于合理区间, 这与近来实验上报道的结果相符. 除了ZnO在[0001]方向上产生自发极化外, 由于在ZnO中引入Mg杂质会产生应变应力, 导致Mg_xZn_1-xO层产生额外的极化值. 这样必然会在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn界面处产生非连续极化现象, 促使单极性电荷在界面处积累, 从而在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn超晶格中产生内在电场. 此外, 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格的能带排列, 由于价带偏差Δ E_V=0.26 eV与导带偏差ΔE_C=0.33 eV, 表明能带遵循I型排列. Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 的这种能带排列方式足以让电子与空穴在势阱中产生禁闭作用. 2DEG在电子学与光电子学领域都有重要应用, 本文的研究结果将对Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 界面2DEG的设计与优化中起到重要作用, 并且可以作为研究其他Mg组分的Mg_xZn_1-xO/ZnO超晶格界面电子气特性的参考依据.     

IrB和IrB$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;力学性质的第一性原理计算

采用平面波赝势密度泛函理论对0–100 GPa静水压下P₁ -IrB（空间群Pnma）和P₅ -IrB₂（空间群Pmmn）结构的平衡态晶格常数、弹性常数等性质进行了研究. 研究结果表明,P₁ -IrB不可压缩性随着压强的增加而增强;P₅ -IrB₂ 结构在0–100 GPa范围内弹性常数、体弹模量、剪切模量均呈现出有规律的变化,当所加压强为50 GPa时,杨氏模量和在b方向的晶格常数发生异常变化. 对零压下P₁ -IrB和P₅ -IrB₂ 的电子结构的研究发现,二者均没有一个明显的带隙,主要原因为Ir原子和B原子间的共价作用. 从P₁ -IrB和P₅ -IrB₂的能带结构和态密度图可以发现这两种结构均有金属性. 关键词： 1 -IrB')" href="#">P₁ -IrB 5-IrB₂')" href="#">P₅-IrB₂ 第一性原理 力学性质     

Te掺杂单层MoS2的电子结构与光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Te掺杂对单层MoS₂能带结构、电子态密度和光电性质的影响。结果表明,本征单层MoS₂属于直接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.64 eV。本征单层MoS₂的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;Te掺杂单层MoS₂为间接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.47 eV。同时通过Te掺杂,使单层MoS₂的静态介电常数增大,禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为单层MoS₂在光电器件方面的应用提供了理论基础。