Lu-Eu共掺杂Ga2O3的光电性质的第一性原理计算

宽禁带半导体β-Ga₂O₃因为具有优良的物理化学性能而成为研究热点.本文基于DFT(Density Functional Theory)的第一性原理方法,先采用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized Gradient Approximation-Hubbard U)的方法计算了本征β-Ga₂O₃,Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga₂O₃及Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga₂O₃结构的晶格常数、能带结构和体系总能量.发现采用GGA+U的方法计算的带隙值更接近实验值,于是采用GGA+U的方法计算了本征β-Ga₂O₃,Lu掺杂的β-Ga₂O₃以及Lu-Eu共掺杂的β-Ga₂O...     

本征缺陷对β-Ga2O3光催化性质影响的第一性原理研究

运用第一性原理杂化泛函研究了本征缺陷(O空位和Ga空位)对于β-Ga₂O₃的几何结构和电子性质的影响.计算结构表明:杂化泛函B3LPY能很好的描述β-Ga₂O₃的几何结构和电子结构,能与实验符合.含O缺陷的形成能在富氧和贫氧下分别为4.04和0.92 eV,优于含Ga缺陷的体系.空位缺陷的出现对于理想Ga₂O₃的晶格参数影响不显著,只是在O空位体系中,空位附近Ga-O键长有0.1?变化.含空位缺陷的体系的禁带中都有缺陷能级的出现,含Ga和O空位缺陷的Ga₂O₃的光跃迁能分别为1.93 eV(β自旋)和2.92 eV,有很明显的光吸收的拓展,从理论上解释了Ga₂O₃作为光催化材料的潜在应用.     

Si掺杂β-Ga2O3的第一性原理计算与实验研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势(USPP)法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃的能带结构、电子态密度、差分电荷密度和光学特性. 在蓝宝石衬底(0001)晶面上用脉冲激光沉积(PLD)法制备了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃薄膜, 测量了其吸收光谱和反射光 关键词： 第一性原理 超软赝势 密度泛函理论 2O₃')" href="#">Si掺杂β-Ga₂O₃     

Sc2O3电子结构和光学性质的第一性原理研究

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,研究了Sc2O3的电子结构、态密度和光学性质.计算结果表明:Sc2O3是一种直接带隙半导体,其能带宽度为3.79 eV,价带顶部主要由O的2p和Sc的3p3d杂化而成,导带主要由Sc的3d和O的2p构成.同时,文中也分析了Sc2O3的介电函数、折射率、光电导率和吸收谱等光学性质.计算得到静态介电常数ε1(0)=1.57,折射率n0 =1.25,在紫外区有较大的吸收系数.     

水热法制备Eu3+掺杂β-Ga2O3粉体的结构及性能

采用水热法制备了Eu3+掺杂的β-Ga2O3粉体,利用X射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和发光光谱等测试手段对其物相、形貌和发光性能等进行了研究.结果表明:所得样品为单斜晶系的β-Ga2O3;在波长为325 nm的He-Cd激光器激发下,发射光谱的最强峰位于612 nm,属于Eu3+的5 D0→7F2电偶极跃迁;在模拟太阳光照射下,样品对甲基橙具有较高的光催化降解率,经过2h后,甲基橙的降解率可达到75％.     

Si掺杂Al2O3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析. 结果发现：随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5eV,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

Co掺杂β-FeSi2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的第一性原理赝势平面波方法,对不同Co含量的β-FeSi2的能带结构,态密度、分态密度和光学性质进行了计算和比较.几何结构和电子结构的计算结果表明,Co掺杂使得β-FeSi2的晶格常数a增大,b和c变化不大,晶格体积增大.Fe1-xCoxSi2的能带结构变为直接带隙,禁带宽度从0.74 eV减小到0...     

Cu-N共掺β-Ga2O3的光电性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论,本文通过OTFG赝势方法计算了本征β-Ga₂O₃以及Cu-N共掺后β-Ga₂O₃的晶格常数、电子结构以及光学特性.计算结果表明本征β-Ga₂O₃的禁带宽度为4.5 eV;Cu和N掺入β-Ga₂O₃后属于受主杂质,并且引入了深受主能级,这表明Cu-N共掺后β-Ga₂O₃变为p型半导体材料;光学性质计算结果表明本征β-Ga₂O₃的静介电函数为2.5,掺杂后β-Ga₂O₃的静介电函数增大,对电荷的存储能力增强;此外,Cu-N的共掺对β-Ga₂O₃的吸收系数、反射率在能量较低的区域的影响较大,而对能量较高的区域影响较小.     

Si掺杂Al_2O_3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si0.167Al0.833O1.5,Si0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析.结果发现:随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5 e V,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si0.167Al0.833O1.5,Si0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

A-La2O3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算A-La2O3的电子结构和光学性质.结果表明,A-La2O3,属于间接带隙氧化物,禁带宽度为3.72 eV;其价带主要由La的5s,5p和6s态电子以及O的2s和2p态电子构成,导带主要由La的5d态电子构成.经带隙校正后,计算得到A-La2O3在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、吸收光谱、反射光谱、损失函数和光电导谱.结果表明,A-La2O3,在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,并且具有从近紫外到红外的透明区域,为A-La2O3,的应用提供了理论依据.     

Al替代对β-Ga2 O3∶Cr3＋结构与发光性能影响

高温固相法制备了（Ga1- x Alx ）2 O3∶Cr3＋（x＝0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5）系列荧光粉。X射线衍射分析表明Al3＋含量增加后,物相依然保持β-Ga2 O3的相。此外随着Al离子含量的逐渐增加,高衍射角峰位向右移动表明Al离子进入了β-Ga2 O3晶格中。激发光谱中258,300,410和550 nm左右的峰位分别对应基质Ga2 O3的带与带的吸收跃迁、电荷迁移带跃迁、Cr3＋的4 A2→4 T1以及4 A2→4 T2跃迁。随着Al离子掺杂量的增加,激发光谱峰位都呈现出不同程度的蓝移现象,这分别是由于基质的带隙能量、C r3＋与配体之间的电负性以及晶场强度增大所导致的。在发射光谱中,随着Al3＋替代Ga3＋,Cr3＋的发光由宽带发射变为窄带发射,这是由于Al3＋的掺入改变了Cr3＋周围的晶场,从而Cr3＋的红光发射由原来的4 T2→4 A2变为2 E→4 A2跃迁发射。Al离子掺杂改善了样品的长余辉发光特性,并且Al离子含量达到0.5时显示出较长时间的肉眼可见的近红外余辉发射。热释发光曲线显示材料中具有合适的陷阱能级,这也是材料产生长余辉发光的原因。     

Ta2O5电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势方法,计算了Ta2O5的电子结构、态密度和和光学性质。能带结构计算表明,Ta2O5为间接带隙半导体,禁带宽度为2.51eV;价带主要由O 2s和Ta 5d,以及Ta 5d,6s电子态构成,导带主要由Ta 5d和O 2p构成;静态介电常数ε1（0）=3.96;折射率n=2.0。并利用计算的能带结构和态密度分析了Ta2O5的介电常数、吸收系数、折射率、反射率、光电导率和能量损失函数的计算结果,为Ta2O5的设计和应用提供了理论依据。     

电荷调控下Ti3C2O2和V2CO2吸附CH4的第一性原理计算

本文采用第一性原理计算首先研究了Ti3C2O2和V2CO2与CH4气体分子之间的相互作用,发现Ti3C2O2和V2CO2对CH4的吸附较弱属于物理吸附,不适宜用作探测CH4。在此基础上研究了电荷调控下CH4气体分子与Ti3C2O2和V2CO2之间的相互作用。结果表明：随着体系电荷态的增加,Ti3C2O2和V2CO2对CH4气体分子的吸附作用逐渐增加变为化学吸附。当体系电荷态大于或等于-2时,CH4气体分子在Ti3C2O2和V2CO2表面可以被有效捕获。撤去电荷后,Ti3C2O2、V2CO2与CH4气体分子之间的吸附恢复至物理吸附,CH4气体分子易脱附。因此,通过调控Ti3C2O2和V2CO2的电荷态,可以简单地实现CH4的捕获与释放。Ti3C2O2和V2CO2有望成为CH4探测或捕获材料。     

Sc2O3电子结构和光学性质的第一性原理研究

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,研究了Sc2O3的电子结构、态密度和光学性质. 计算结果表明：Sc2O3是一种直接带隙半导体,其能带宽度为3.79eV,价带顶部主要由O的2p和Sc的3p3d杂化而成,导带主要由Sc的3d和O的2p构成. 同时,文中也分析了Sc2O3的介电函数、折射率、光电导率和吸收谱等光学性质. 计算得到静态介电常数 ,折射率n0=1.25,在紫外区有较大的吸收系数.     

射频磁控溅射法制备N掺杂β-Ga2O3薄膜的光学特性

在不同氨分压比(0～30％)下,用射频磁控溅射法在玻璃和硅衬底上制备了N掺杂β-Ga2O3薄膜.研究了氨分压比和退火对薄膜光学和结构特性的影响.N掺杂β-Ga2O3薄膜的微结构、光学透过率、光学吸收和光学带隙随着氨分压比的增加发生了显著变化.观察到了绿光、蓝光和紫外发光带,并对每个发光带进行了讨论.     

Ac掺杂β-FeSi_2光电性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理赝势平面波方法,对锕(Ac)掺杂β-FeSi2的几何结构,电子结构和光学性质进行了计算与分析。几何结构的计算表明:Ac掺杂后β-FeSi2晶格常数a、b及c都有所变化,晶胞体积增大。电子结构的计算表明:Ac掺入后导致费米面进入导带,能带结构仍为准直接带隙,但是带隙明显变窄;费米能级附近,总电子态密度主要由Fe的3d层和Si的3p层电子态密度决定,Ac的6d层电子态密度贡献很小。光学性质的计算表明:静态介电常数ε1(0)明显提高,介电函数的虚部ε2的峰值向低能方向移动并且减弱,折射率n0明显提高,消光系数k向低能方向有一微小的偏移,吸收峰增强,平均反射效应变化不大,计算结果为β-FeSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据。     

La-Ce共掺杂锐钛矿TiO2的缺陷形成能和电子结构分析

采用基于密度泛函的第一性原理研究了稀土元素La、Ce共掺杂锐钛矿相TiO₂的缺陷形成能,缺陷电荷转变能级以及电子结构.研究发现,富氧状态下La、Ce掺杂以及La-Ce共掺的缺陷形成能均为负值,而贫氧状态下La、Ce掺杂形成能为正,表明La、Ce的掺杂TiO₂只能在氧气氛制备条件下进行;替代Ti掺杂缺陷电荷转变能级计算结果表明:0/1-的缺陷电荷转变能级分别位于VBM上面0.522 eV及2.440 eV处;与纯锐钛矿相TiO₂相比,La、Ce单掺杂以及La-Ce共掺杂均能减小TiO₂的禁带宽度,但共掺杂体系的禁带宽度更窄,因此共掺杂体系将更有利于提高TiO₂对可见光的响应能力和光催化性能.     

BiFeO_3结构性质与相转变的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统地研究了BiFeO3的7种不同空间群(R3c,R3m,P4mm,Cm,Pm3m,R3m和R3c)结构及其转变关系.结果表明,铁电相R3c结构是基态,不同结构之间也存在着一定的转变关系,其变化主要包括两种形式,在[111]方向上Bi3+相对FeO6八面体存在一定的位移和FeO6八面体绕[111]极化轴的反铁扭曲旋转.此外,还得出BiFeO3的薄膜结构受到衬底结构的作用会导致其从三方相(R3c)向四方相(P4mm)转变.     

锰酸锂掺杂Fe和Co的性质的第一性原理计算

文章基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了LiMn₂O₄电池材料在掺杂Fe和Co离子时的电子结构和电化学性能.发现Fe\Co取代Mn³⁺在热力学上是会更加稳定,提升电化学性能.掺杂Fe后,LiMn₂O₄电池材料晶格参数减小(约0.3%);掺杂Co后,LiMn₂O₄电池材料晶格参数减小(约0.5%).这两种掺杂方式让与之相邻的Mn³⁺被氧化成Mn⁴⁺,从而降低了Jahn-Teller畸变情况产生可能性.对于掺Fe尖晶石型锰酸锂(Li₈Mn₁₅FeO₃₂),Mn环境中的Li离子会更容易被提取,第一次放电电压从原来的3.7 V增加至4.623 V;对于掺Co尖晶石型锰酸锂(Li₈Mn₁₅CoO₃₂),第一次放电电压从原来的3.7 V增加至4.101 V.研究为锂电池...