氧空位浓度对ZnO电子结构和吸收光谱影响的研究

目前,氧空位对ZnO形成杂质能级的研究结果存在相反的结论,深杂质能级和浅杂质能级两种实验结果均有文献报道,并且,在实验中高温加热的条件下,氧空位体系ZnO中导带自由电子增加的来源认识不足.为了解决此问题,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方法,建立了纯的与两种不同氧空位浓度ZnO超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布、布居值和差分电荷密度的计算.结果表明,氧空位浓度越大,系统能量越上升、稳定性越下降、形成能越高、氧空位越难、导带越向低能方向移动、电子跃迁宽度越减小、吸收光谱越红移.这对设计制备新型氧空位ZnO体系光学器件有一定的理论指导作用.     

钨酸铅晶体中与氧空位缺陷有关的光学偏振特性

本文利用完全势缀加平面波局域密度泛函近似，计算了含氧空位的PbWO4（PWO）晶体的电子结构，模拟计算了复数折射率及光学参数的偏振特性。比较含氧空位的PWO晶体与完整的PWO晶体的吸收光谱及其偏振特性，得到与氧空位相关的光学偏振特性。结果表明：完整的PWO晶体在可见和近紫外区域内无吸收，而含氧空位的PWO晶体在可见和近紫外区域出现吸收，该吸收谱有2个峰值分别位于370nm和420nm吸收带，它们的峰值位置与实验测得的350nm和420nm吸收带十分接近，由此可见PWO晶体中350nm和420nm吸收带与氧空位的存在有关。     

PbWO4晶体空位型缺陷电子结构的研究

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法计算了PbWO4晶体中与氧空位和铅空位相关缺陷的态密度分布,并运用过渡态方法计算了其激发能. 结果表明:PbWO4晶体中WO3+VO缺陷的O2p→W5d跃迁可引起350nm和420nm附近的吸收,并且发现VPb的存在可以使WO42-基团的禁带宽度明显变小.     

Cu、N空位对Cu_3N的电子结构、电学和光学性能影响的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了立方相Cu_3N晶体中含Cu、N空位体系的稳定性、电学、光学性能.研究结果表明含Cu空位和N空位体系的结构比较稳定,Cu空位和N空位降低了体系的导电性,但增加了体系的透射率;含Cu空位和N空位体系的禁带宽度均大于Cu_3N体系,说明实验中制备的Cu_3N有时表现为绝缘体的可能原因为体系中存在Cu空位或N空位.     

双空位缺陷石墨纳米带的电子结构和输运性质研究

基于第一原理电子结构和输运性质计算,研究了585双空位拓扑缺陷对锯齿（zigzag）型石墨纳米带（具有椅型（armchair）边）电子结构和输运性质的影响.研究发现,585双空位缺陷的存在使得锯齿型石墨纳米带的能隙增大,并在能隙中出现了一条局域于缺陷处的缺陷态能带,双空位缺陷的取向也影响其能带结构.另外,585双空位缺陷对能隙较小的锯齿型石墨纳米带输运性质的影响较大,而对能隙较大的锯齿型石墨纳米带影响很小,缺陷取向并不显著影响纳米带的输运性质. 关键词： 石墨纳米带 585空位缺陷 电子结构 输运性质     

PbWO4晶体空位型缺陷电子结构的研究

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法计算了PbWO4晶体中与氧空位和铅空位相关缺陷的态密度分布,并运用过渡态方法计算了其激发能.结果表明:PbWO4晶体中WO3+VO缺陷的O2p→W5d跃迁可引起350nm和420nm附近的吸收,并且发现VPb的存在可以使WO42基团的禁带宽度明显变小 关键词： PbWO4晶体 密度泛函 氧空位和铅空位 态密度分布     

Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O体系的氧空位、局域化和超导电性

本文讨论了热处理过程对浇铸退火方法制备的 Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O 样品的电子输运性质和超导电性的影响.分析了发生非金属-金属(超导)转变的物理过程.指出无论是原子的无序分布,还是氧空位所引起的无规势场增强,都会导致电子局域化增强,使得样品金属性减弱和超导转变温度降低.     

单空位缺陷对石墨纳米带电子结构和输运性质的影响

基于第一性原理电子结构和输运性质计算,研究了单空位缺陷对单层石墨纳米带(包括zigzag型和armchair型带)电子性质的影响.研究发现,单空位缺陷使石墨纳米带在费米面上出现一平直的缺陷态能带;单空位缺陷的引入使zigzag型半导体性的石墨纳米带变为金属性,这在能带工程中有重要的应用价值;奇数宽度的armchair型石墨纳米带表现出金属特性,有着很好的导电性能,同时,偶数宽度的armchair型石墨带虽有金属性的能带结构,但却有类似半导体的伏安特性;单空位缺陷使得奇数宽度的armchair石墨纳米带导电 关键词： 石墨纳米带 单空位缺陷 电子结构 输运性质     

氧缺陷YBa2Cu3Ox超导体的局域电子密度和空位浓度与结构转变

研究了氧缺陷ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘ＝６．３３－６．９４）超导体在３００Ｋ和７７Ｋ下的正电子寿命谱，利用两态捕获模型计算了局域电子密度ｎｅ和空位浓度Ｃｖ的变化，发现了存在于由氧缺陷导致正交－四方结构转变区域的异常变化和结构不稳定性，讨论了相应的正电子漂没特征以及与超导电性之间的关联。     

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     

Ab initio calculations on oxygen vacancy defects in strained amorphous silica

The effects of uniaxial tensile strain on the structural and electronic properties of positively charged oxygen vacancy defects in amorphous silica(a-SiO2)are systematically investigated using ab-initio calculation based on density functional theory.Four types of positively charged oxygen vacancy defects,namely the dimer,unpuckered,and puckered four-fold(4×),and puckered five-fold(5×)configurations have been investigated.It is shown by the calculations that applying uniaxial tensile strain can lead to irreversible transitions of defect structures,which can be identified from the fluctuations of the curves of relative total energy versus strain.Driven by strain,a positively charged dimer configuration may relax into a puckered 5×configuration,and an unpuckered configuration may relax into either a puckered 4×configuration or a forward-oriented configuration.Accordingly,the Fermi contacts of the defects remarkably increase and the defect levels shift under strain.The Fermi contacts of the puckered configurations also increase under strain to the values close to that of Eα′center in a-SiO2.In addition,it is shown by the calculations that the relaxation channels of the puckered configurations after electron recombination are sensitive to strain,that is,those configurations are more likely to relax into a two-fold coordinated Si structure or to hold a puckered structure under strain,both of which may raise up the thermodynamic charge-state transition levels of the defects into Si band gap.As strain induces more puckered configurations with the transition levels in Si band gap,it may facilitate directly the development of oxide charge accumulation and indirectly that of interface charge accumulation by promoting proton generation under ionization radiation.This work sheds a light on understanding the strain effect on ionization damage at an atomic scale.     

The vacancy defects and oxygen atoms occupation effects on mechanical and electronic properties of Mo_5Si_3 silicides

Improving brittle behavior and mechanical properties is still a big challenge for high-temperature structural materials.By means of first-principles calculations,in this paper,we systematically investigate the effect of vacancy and oxygen occupation on the elastic properties and brittle-orductile behavior on Mo_5Si_3.Four vacancies (Si_(–Va1),Si_(–Va2),Mo_(–Va1),Mo_(–Va2)) and oxygen occupation models (O_(–Mo1),O_(–Mo2),O_(–Si1),O_(–Si2)) are selected for research.It is found that Mo_(–Va2)vacancy has the stronger structural stability in the ground state in comparison with other vacancies.Besides,the deformation resistance and hardness of the parent Mo_5Si_3are weakened due to the introduction of different vacancy defects and oxygen occupation.The ratio of B/G indicates that oxygen atoms occupation and vacancy defects result in brittle-to-ductile transition for Mo_5Si_3.These vacancies and the oxygen atoms occupation change the localized hybridization between Mo–Si and Mo–Mo atoms.The weaker O–Mo bond is a contributing factor for the excellent ductile behavior in the O_(-Si2)model for Mo_5Si_3.     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小,Si/SiO2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（ LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si／SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815～2.580nm的Si层厚度范围内, Si／SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si／SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小, Si／SiO2界面吸收系数产生了蓝移; O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si／SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si／SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

First-principles study on electronic and optical properties of Cu-doped LiF with Li vacancy

Taken into account the presences of Li vacancy (V_Li), we calculate the formation energy, electronic structure and optical properties of Cu doped LiF (LiF:Cu) by using the density functional theory. The presence of V_Li leads to a decrease of the formation energies of Cu, in favor of Cu doping into LiF. Due to Cu doping, an impurity band of Cu-3d states is formed at the Fermi level, which is then split by the introduction of V_Li. A wide absorption band and some new absorption peaks are obtained in LiF:Cu with an adjacent V_Li to Cu. There appears an absorption peak at 9.3 eV, which is consistent with the experiment observation (133 nm). The results are useful for understanding of the optical properties of the doped systems.     

Effect of oxygen vacancy defect on the magnetic properties of Co-doped ZnO

The influence of oxygen vacancy on the magnetism of Co-doped ZnO has been investigated by the first-principles calculations.It is suggested that oxygen vacancy and its location play crucial roles on the magnetic properties of Co-doped ZnO.The exchange coupling mechanism should account for the magnetism in Co-doped ZnO with oxygen vacancy and the oxygen vacancy is likely to be close to the Co atom.The oxygen vacancy (doping electrons) might be available for carrier mediation but is localized with a certain length and can strengthen the ferromagnetic exchange interaction between Co atoms.     

本征空位缺陷对ZnO:Mn体系电子特性及磁性的影响

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法,分析了ZnO:Mn掺杂体系中本征空位缺陷V_(Zn)和V_O分别出现在相对Mn为近邻、次近邻、远次近邻位置时体系的晶体结构、能带分布、态密度和磁性.结果表明:ZnO:Mn体系中V_(Zn)比V_O更容易产生,且两种缺陷均更容易在Mn的近邻位置形成.其中V_(Zn)的出现没有明显改变ZnO:Mn体系的带隙,然而会使体系的导电性增加,且V_(Zn)与Mn的距离越远,导电性越强.同时,V_(Zn)减弱了体系的磁性,但与V_(Zn)的位置无关. V_O的出现会使体系带隙变宽,且电导率显著低于无缺陷ZnO:Mn体系,但是其导电性会随着V_O与Mn的距离变远而增强.同时,V_O的出现不会影响体系原来的磁性.     

第一性原理研究空位点缺陷对高压下LiF的电子结构和光学性质的影响

基于密度泛函理论框架下的平面波超软赝势方法,分别计算了102GPa压力下LiF理想晶体、含Li^-1空位和F⁺¹空位点缺陷晶体时的电子结构和光学性质.结果表明: 空位点缺陷的存在使得LiF能隙中出现了缺陷态;在可见光范围内,空位点缺陷的存在不会影响LiF的高压光吸收性(吸收系数仍为零); 在紫外光波段,Li^-1空位存在时在约99—114 nm波段内出现了弱的吸收, F⁺¹空位存在时在约99—262 nm波段内出现了明显的吸收; Li^-1,F⁺¹两种空位分别存在时对LiF的反射谱和能量损失谱产生的影响都集中在紫外光区,与对光吸收产生的影响相似. 关键词： LiF 第一性原理 空位点缺陷 光学透明性