第一性原理研究B掺杂Mn_4Si_7的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及B掺杂Mn_4Si_7的电子结构和光学性质进行理论计算.研究结果表明,未掺杂Mn_4Si_7是间接带隙半导体,其禁带宽度为0.786 eV,B掺杂后其禁带宽度下降为0.723 eV. B掺杂Mn_4Si_7是p型半导体材料.未掺杂Mn_4Si_7在近红外区的吸收系数达到10~5 cm~(-1),B掺杂引起Mn_4Si_7的折射率、吸收系数、反射系数及光电导率增加.     

Ge，Al掺杂锰硅化合物Mn4Si7的第一性原理计算

基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法,对本征Mn4Si7以及Ge,Al单掺杂和共掺杂Mn4Si7的晶体结构,能带结构,态密度以及光学性质进行了计算和分析.计算结果表明：本征态Mn4Si7的禁带宽度为0.810 eV,为直接带隙半导体材料,掺杂后晶体结构稍微变化,禁带宽度减小,且共掺杂时禁带宽度最小,电导率最好.Al以及Ge,Al共同掺杂时会产生杂质能级.掺杂后光子能量向低能级方向移动,光电导率,光吸收,反射系数都有所增大,说明掺杂改善了Mn4Si7的光学性质,从而可以提高光伏发电效率.     

Cr掺杂以及Mo和Cr双掺Mn4Si7的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论中第一性原理的赝势平面波法,分别对本征Mn4Si7、Cr掺杂Mn4Si7以及Cr和Mo双掺Mn4Si7的电子结构及光学性质进行了计算和分析。计算结果表明本征Mn4Si7禁带宽度为Eg=0.813 eV,Cr掺杂Mn4Si7禁带宽度为Eg=0.730 eV,Cr和Mo双掺Mn4Si7禁带宽度为Eg=0.620 eV,均为间接带隙半导体、p型掺杂。此外,在低能区掺杂体系的介电函数、折射率、消光系数、吸收系数以及光电导率均强于本征Mn4Si7,表明Cr掺杂Mn4Si7以及Cr和Mo双掺Mn4Si7有运用于红外光电子器件的巨大潜力。     

Mn掺杂GaN电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同Mn浓度掺杂GaN晶体的电子结构和光学性质.计算结果表明Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N 2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,材料表现为半金属性,非常适于自旋注入,说明该种材料是实现自旋电子器件的理想材料,折射率在带隙处出现峰值,紫外区光吸收系数随Mn浓度的增加而增大. 关键词： Mn掺杂GaN 第一性原理 电子结构 光学性质     

Sc掺杂Ca3Si4的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对Sc掺Ca3Si4的电子结构和光学性质进行了系统的计算和分析比较.研究结果为块体Ca3Si4是间接带隙半导体,带隙为0.372eV,价带主要是由Si的3s和3p及Ca的3d态电子构成,导带主要是由Ca的3d态电子构成,静态介电常数ε1(0)=19,折射率n0=4.35;吸收系数在能量3.024eV处达到最大峰值1.56×105cm-1.而掺杂Sc变为n型半导体;费米能级附近的导带主要则由Ca的3d态电子和Sc的3d态电子构成,静态介电常数变为ε1(0)=54.58,折射率n0=7.416;吸收系数在能量5.253eV处达到最大峰值1.614×105cm-1.通过掺杂有效调制了Ca3Si4的电子结构和光学性质,计算结果为Ca3Si4光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

Mn2+、Mn4+共掺杂Zn2GeO4电子结构和光学性质的第一性原理的研究

利用第一性原理的局域密度近似（LDA）方法, 对Zn2GeO4, Mn2+掺杂Zn2GeO4,Mn2+、Mn4+共掺杂Zn2GeO4的光电性质进行了理论研究。结果表明,Mn2+、Mn4+掺杂可以提高Zn2GeO4的载流子浓度,从而改善Zn2GeO4的导电性。Mn2+离子的掺杂导致Zn2GeO4对光的吸收由紫外区域扩展到可见光区域, Mn2+、Mn4+共掺杂促进Zn2GeO4晶体对可见光的吸收能力大幅增加,因此Mn2+、Mn4+共掺杂Zn2GeO4可以用于制备高效率的光催化剂和发光材料。     

Mn2+、Mn4+共掺杂Zn2GeO4电子结构和光学性质的第一性原理的研究

利用第一性原理的局域密度近似（LDA）方法, 对Zn2GeO4, Mn2+掺杂Zn2GeO4,Mn2+、Mn4+共掺杂Zn2GeO4的光电性质进行了理论研究。结果表明,Mn2+、Mn4+掺杂可以提高Zn2GeO4的载流子浓度,从而改善Zn2GeO4的导电性。Mn2+离子的掺杂导致Zn2GeO4对光的吸收由紫外区域扩展到可见光区域, Mn2+、Mn4+共掺杂促进Zn2GeO4晶体对可见光的吸收能力大幅增加,因此Mn2+、Mn4+共掺杂Zn2GeO4可以用于制备高效率的光催化剂和发光材料。     

W掺杂ZnO电子结构与光学性质第一性原理计算

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算本征ZnO和不同W掺杂浓度下W:ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性.掺杂后,吸收光谱发生红移现象,且光学性质变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有太大变化,计算结果与相关实验结果相符合.最后,结合电子结构定性分析了光学性质的变化.     

第一性原理研究BiNbO4晶体的电子结构和光学性质

此文用密度泛函理论的平面波赝势方法研究BiNbO4的电子结构和光学性质．获得了BiNbO4是一种禁带宽度为2.74 eV的直接带隙半导体, 价带顶主要是由O-2p态与Bi-6s态杂化而成,而导带底主要是由Nb-4d态构成等有益结果; 还分析得出介电函数、复折射率、能量损失等光学性质与电子态密度、能带结构存在内在的联系．     

掺杂Mg2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法系统计算了Mg2Si及掺Ag、Al的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明,未掺杂Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0.2994 eV,其价带主要由Si的3p及Mg的3s、3p态电子构成,导带主要由Mg的3s、3p及Si的3p态电子构成,静态介电常数为18.89,折射率为4.3460.掺Ag后Mg2Si为p型半导体,价带主要由Si的3p,Mg的3s、3p及Ag的3p、4d、5s态电子构成,静态介电常数为11.01,折射率为3.3175.掺Al后Mg2Si为n型半导体,导带主要由Mg的3s、3p,Si的3p及Al的3p态电子构成,Al的3s态电子贡献相对较小,静态介电常数为87.03,折射率为9.3289.通过掺杂有效调制了Mg2Si的电子结构,计算结果为Mg2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

铁磁性高锰硅化物Mn_4Si_7电子特性的第一性原理计算

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论超软雁势平面波方法,对铁磁性半导体高锰硅化合物Mn_4Si_7进行了理论计算.结果表明块体Mn_4Si_7是准直接带隙半导体材料,其价带主要是由Mn的3d轨道电子构成,导带主要是由Mn的3d及Si的3p轨道电子构成.相同自旋轨道下,自旋向下态的电子更容易占据较高的能级.而自旋向上态的电子对Mn_4Si_7的禁带宽度起主导作用. Mn_4Si_7的费米能级附近各轨道未被电子占满,且自旋向上态与自旋向下态电子的不对称分布使其具有了磁性.为Mn_4Si_7磁学特性提供主要贡献的是Mn的3d轨道电子,而Si的3p和3s轨道电子提供了一个小的贡献.     

Mn,Fe,Co掺杂GaAs电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对本征GaAs以及3d过渡金属Mn、Fe、Co单掺杂GaAs晶体的电子结构及其光学性质进行理论计算以及对比研究.计算结果表明:能带结构中三种掺杂体系均引入新的能级,能带条数增多,导带底与价带底顶向深能级移动,带隙减小;费米能级附近出现了杂质能级,导致掺杂体系光子能量位于0时介电函数虚部便有所响应,掺杂体系相较于本征体系的静介电常数有所提升;Mn、Fe、Co三种掺杂体系相较于本征体系在红外以及远红外区域吸收系数得到了明显的提升,其中Fe掺杂GaAs的光催化特性最好.     

Al，Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似方法,计算了Al,Mg掺杂的闪锌矿型GaN的电子结构和光学性质,分析了其电子态分布与结构的关系,给出了掺杂前后GaN体系的介电函数和复折射率函数.计算结果表明掺有Mg的GaN晶体空穴浓度增大,会明显提高材料的电导率,而Al掺杂GaN晶体的载流子浓度不变,只是光学带隙变宽;通过分析掺杂前后GaN晶体的介电函数和复折射率函数,解释了体系的发光机理,为GaN材料光电性能的进一步开发与应用提供了理论依据.通过比较可知,所得出的计算结果与现有文献符合得很好. 关键词： GaN晶体 电子结构 光学性质 掺杂     

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与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方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.     

Al和Ni共掺ZnO光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理方法研究了纯ZnO以及掺杂Al,Ni和（Al,Ni）共掺的ZnO材料,对掺杂前后晶体的几何结构、能带结构和电子态密度,特别是光学性质进行了比较分析. 计算结果表明,纯ZnO与Al-ZnO,Ni-ZnO和（Al,Ni）-ZnO的介电函数虚部在低能区有明显的差异,但在高能区则较为相似. 在光学性质上,Al-ZnO较之Ni-ZnO在可见光区的吸收系数和反射率都非常低,反映其在可见光区有高透过率. 而两原子共掺后的（Al,Ni）-ZnO,其光学性质较之单原子掺杂的情况有非常显著的变化. 关键词： ZnO 掺杂 第一性原理 光学性质     

稀土元素(Ce/Pr/Nd)掺杂Mn_4Si_7的第一性原理计算

利用第一性原理,对稀土元素Ce、Pr或Nd掺杂Mn_4Si_7前后的几何结构、电子结构和光学性质进行了计算与分析.结果表明,掺杂后Mn_4Si_7晶格常数变大,禁带宽度明显减小,由于稀土元素特殊的4f层电子的影响,在费米能级附近出现了杂质能级.掺杂后Mn_4Si_7的介电函数虚部、吸收系数的主峰均出现红移,红外光区的光跃迁强度明显增强,光吸收系数和光电导率均增大.说明掺杂稀土元素Ce、Pr或Nd后改善了Mn_4Si_7在红外光区的光电性能.     

Nd、N掺杂ZnO的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,使用GGA+U方法计算出N、Nd分别单掺ZnO及N、Nd共掺ZnO晶体的形成能,能带结构,态密度及光学性质.经过对比发现:N、Nd各掺杂ZnO中,共掺体系比单掺体系更容易形成,其中低浓度掺杂难度更低;共掺体系随着掺杂浓度的升高,其畸变的强度就越强,禁带宽度变窄,电子跃迁到导带上所需的能量更小,光吸收系数较大,并且都产生了红移,光谱响应范围扩展到了整个可见光区域;共掺体系在低能区域的介电谱峰值较高,说明其极化能力较强,光生电场强度较大,会使光激发载流子在晶体内的迁移变快,对电荷的束缚能力增强.因此N、Nd共掺可以有效提升ZnO的光催化性和极化能力.     

Mn2+、N2-共掺杂Zn2GeO4晶体电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对本征Zn2GeO4,Mn2+掺杂Zn2GeO4,Mn2+/N2-共掺杂Zn2GeO4超晶胞进行了几何结构优化,计算了掺杂前后体系的晶格常数、能带结构、态密度和光学性质。结果表明,Mn离子掺入后,Mn离子3d轨道与O离子2p轨道之间有强烈的轨道杂化效应,掺杂系统不稳定,而Mn/N离子共掺后,Mn离子和N离子之间的吸引作用克服了Mn离子之间的排斥作用,能够明显地提高掺杂浓度和体系的稳定性。光学性质计算结果表明,Mn离子与N离子共掺杂能改善Zn2GeO4电子在低能区的光学跃迁特性,增强电子在可见光区的光学跃迁;吸收谱计算结果显示,Mn离子与N离子掺入后体系对低频电磁波吸收增加。