First principle study on the electronic structure of fluorine-doped SnO2

The electronic properties of fluorine-doped SnO₂ films were calculated using the plane-wave-based pseudopotential method based on the density functional theory within the local density approximation. The calculated band structure and density of states show that the band gap of SnO₂ narrows due to the presence of the F impurity energy levels in the bottom of the conduction band. The energy of the valence electrons is reduced as the optical absorption edge shifts towards a higher frequency. The charge density and effective masses of carriers of fluorine-doped SnO₂ were also calculated.     

高压下AlN的电子结构和光学性质

运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,利用第一性原理计算了不同压强下六方纤锌矿结构AlN晶体的晶格常数、总能量、电子态密度、能带结构、光反射系数与吸收系数。通过比较能带结构的变化行为,得出 AlN在16.7Gpa附近存在等结构相变,即由直接带隙结构转变为间接带隙结构。同时,结合高压下的态密度分布图和能级移动情况,分析了AlN在高压下的光学性质,吸收谱有向高能端移动(蓝移) 的趋势。     

高压下AlN的电子结构和光学性质

运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法，利用第一性原理计算了不同压强下六方纤锌矿结构AlN晶体的晶格常数、总能量、电子态密度、能带结构、光反射系数与吸收系数。通过比较能带结构的变化行为，得出 AlN在16.7Gpa附近存在等结构相变，即由直接带隙结构转变为间接带隙结构。同时，结合高压下的态密度分布图和能级移动情况，分析了AlN在高压下的光学性质，吸收谱有向高能端移动(蓝移) 的趋势。     

第一性原理研究In,N共掺杂SnO2材料的光电性质

采用全电势线性缀加平面波(FP-LAPW)的方法,基于密度泛函理论第一性原理结合广义梯度近似(GGA),运用Wien2k软件计算了In, N两种元素共掺杂SnO₂材料的电子态密度和光学性质. 研究表明,共掺杂结构在自旋向下和向上两方向上都出现细的局域能级,两者态密度分布不对称;带隙内自旋向下方向上产生局域能级,共掺化合物表现出半金属性;能带结构显示两种共掺杂化合物仍为直接禁带半导体,价带顶随着N浓度的增加发生向低能方向移动,带隙明显增宽;共掺下的介电函数虚部主介电峰只在8.58 eV 关键词： 电子结构 态密度 能带结构 光学性质     

高压下固态Kr弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论中平面波基矢,模守恒赝势结合局域密度近似以及广义梯度近似对固态Kr在高压下的结构以及弹性性质进行了研究, 通过计算发现弹性常数,Debye温度以及声速都随压力的增大而增大,所计算的弹性常数与实验和其他的理论符合的很好. 利用Debye模型得到了固态Kr的热力学性质, 熵随压力的增大而减小,随温度升高而升高;而定容热容C_v,定压热容C_p则随温度升高而升高,而且C_v在达到一定温度时趋于定值,所得的热力学性质和实验值是相符的．最后还预测了固态Kr在高压下的电子结构和光学性质, 计算结果表明随压力的增加固态Kr的前沿能带变窄,光吸收系数增大,吸收峰增宽,电子更容易发生跃迁,固态Kr有可能转化为半导体． 关键词： Kr 第一性原理 弹性常数 光学性质     

气体吸附对硅锗异质结纳米线电子结构与光学性质的影响

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),采用第一性原理方法探讨了沿[112]晶向的硅锗异质结纳米线作为气体传感器检测CO,CO₂和Cl₂的能力,着重计算了其吸附气体分子前后的吸附能、能带结构与光学性质.几何结构优化计算表明：不同硅锗组分的[112]晶向的硅锗纳米线对CO,CO₂和Cl₂分子的吸附能的绝对值在0.001 eV至1.36 eV之间,其中Si₂₄Ge₃₆H₃₂对CO₂气体的吸附能最大,气敏性能最好.能带结构计算表明：吸附CO和CO₂分子的[112]晶向硅锗纳米线能带的简并度明显减小,带隙变化较小;而吸附Cl₂分子后的价带顶与导带底之间产生了杂质能级使其带隙减小.光学性质计算表明：Si₂₄Ge₃₆H₃₂纳米线吸附CO, CO₂和Cl₂分子后的光学...     

黑索金电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对黑索金晶体的电子结构和光学性质进行了计算. 结果表明: 黑索金是能隙值为3.43 eV的绝缘体, 价带主要由C, N和O的2s与2p态构成, 而导带主要由N-2p和O-2p态构成; 静态介电函数ε₁(0)=1.38, 介电常数的虚部有5个峰值, 其中最大峰值在光子能量4.59 eV处, 并对造成这些峰值的可能的电子跃迁做了详细分析. 利用能带结构和态密度分析了黑索金的光反射系数、吸收系数及能量损失函数等光学性质, 发现黑索金是对光吸收、反射及能量损失不敏感的材料. 关键词： 黑索金 第一性原理 电子结构 光学性质     

第一原理研究界面弛豫对InAs/GaSb超晶格界面结构、能带结构和光学性质的影响

通过广义梯度近似的第一原理全电子相对论计算, 研究了不同界面类型InAs/GaSb超晶格的界面结构、电子和光吸收特性. 由于四原子界面的复杂性和低对称性, 通过对InAs/GaSb超晶格进行电子总能量和应力最小化来确定弛豫界面的结构参数. 计算了InSb, GaAs型界面和非特殊界面(二者交替)超晶格的能带结构和光吸收谱, 考察了超晶格界面层原子发生弛豫的影响.为了证实能带结构的计算结果, 用局域密度近似和Hartree-Fock泛函的平面波方法进行了计算. 对不同界面类型InAs/GaSb超晶格的能带结构计算结果进行了比较, 发现界面Sb原子的化学键和离子性对InAs/GaSb超晶格的界面结构、 能带结构和光学特性起着至关重要的作用.     

高压下ZnSe的电子结构和光学性质

运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,利用第一性原理计算了不同的压强下ZnSe晶体闪锌矿结构,得到了它的平衡晶格常数、总能量、电子态密度分布、能带结构、光反射与吸收系数等性质,详细讨论了高压下ZnSe的电子结构,并且结合实验结果定性地分析了高压下的光学性质. 关键词： 闪锌矿结构 态密度 能带结构 密度泛函理论     

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.     

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。     

Scanning the optical characteristics of lead-free cesium titanium bromide double perovskite nanocrystals

Cs₂TiBr₆ nanocrystals (NCs) are a type of promising optoelectronic materials, owing to their high photoelectric properties and non-toxicity. Here, we synthesize the colloidal Cs₂TiBr₆ NCs using a hot-injection approach. The temperature-dependent absorption data shows that its energy band changes about 30 meV with temperature, reflecting that its energy band structure is much stable. The excitation intensity-dependent transient absorption data confirms its linear absorption cross-sections and carrier recombination rate constants, involving monomolecular and bimolecular recombination, which are all superior to those of conventional perovskite bromide counterparts. In addition, its nonlinear absorption cross-sections are also measured based on femtosecond Z-scan. Our results suggest that Cs₂TiBr₆ NCs can be extensively applied in the field of optoelectronics, owing to its excellent carrier dynamics and nonlinear optical properties.     

金红石型二氧化钒的电子结构及光电性质的计算

采用原子簇嵌入模式的电荷自洽离散变分法(SCC-DV-Xα-ECM),对金红石型二氧化钒(VO₂)的电子结构、介电常数、吸收系数、折射率、电导率等光电性质进行计算.得到O的2p能态与V的3d能态杂化形成一个宽带,费米能级在此带内上部.在费米能级下的能级上都占据有电子,此带中有大量电子都可参与导电,因此金红石型VO₂呈现金属性质.介电常数虚部随入射光频率的变化,反映了在0.8 eV能量附近,电子激发以带内跃迁为主,在5~7 eV能量范围,电子激发以带间跃迁为主.折射率和消光系数与已报道的实验结果符合得比较好.并将所得结果与CASTEP软件计算结果对比及分析讨论.     

六方氮化硼单层中一种(CN)3VB缺陷的第一性原理计算

二维六方氮化硼(hBN)的点缺陷最近被发现可以实现室温下的单光子发射,而成为近年的研究热点.尽管其具有重要的基础和应用研究意义,hBN中发光缺陷的原子结构起源仍然存在争议.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究hBN单层中一种B空位附近3个N原子被C替代的缺陷(CN)3VB.在hBN的B空位处,3个N原子各自带一个在平面内的悬挂键及相应的未配对电子,而通过C替换可以消除未配对的电子.系统研究了(CN)3VB缺陷的几何结构、电子结构以及光学性质,结果表明,缺陷可以由一个对称的亚稳态经过原子结构弛豫变成1个非对称的、3个C原子连在一起的基态结构.缺陷的形成在hBN中引入了一些由缺陷悬挂σ键及重构的π键贡献的局域缺陷态.这些缺陷态可以导致能量阈值在2.58 eV附近的可见光内部跃迁.本文的工作有助于进一步理解hBN中点缺陷的构成及光学性质,为实验上探讨发光点缺陷的原子结构起源及其性质提供理论依据.     

单轴应变对氮化铟电子结构及光学性质的影响

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,计算单轴应变下闪锌矿氮化铟的电子结构及光学性质.结果表明：施加应变会使带隙变窄.对于拉应变,随着应变增大带隙减小程度增大;对于压应变,随应变增大带隙减小程度减弱;且拉、压应变对带隙调控都是线性的.在能量区间4 eV~12 eV范围内施加应变时,氮化铟的吸收光谱发生红移,随拉应变程度增加,吸收光谱的红移进一步加大;随压应变增加,吸收光谱红移减弱;在该范围内,氮化铟的折射率、反射率随拉应变的增大而增加,随压应变增加减小;施加拉应变时能量损失函数峰值增大,施加压应变后能量损失函数峰值减小.通过施加单轴应变能有效调节氮化铟材料的电结构及光学性质.     

Electronic,optical and bonding properties of MgCO3

The electronic, optical and bonding properties of MgCO₃ (magnesite, rhombohedral calcite-type structure) are calculated using a first-principles density-functional theory (DFT) method considering the exchange-correlation function within the local density approximation (LDA) and the generalized gradient approximation (GGA). The indirect band gap of magnesite is estimated to be 5.0 eV, which is underestimated by ～1.0 eV. The fundamental absorption edge, which indicates the exact optical transitions from occupied valence bands to the unoccupied conduction band, is estimated by calculating the photon energy dependent imaginary part of the dielectric function using scissors approximations (rigid shift of unoccupied bands). The optical properties show consistent results with the experimental calcite-type structure and also show a considerable optical anisotropy of the magnesite structure. The density of states and Mulliken population analyses reveal the bonding nature between the atoms.     

高压下MgS的弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(density functional theory)基础上的第一性原理赝势平面波方法, 计算研究了MgS晶体B2构型在不同压强下的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质. 计算结果表明, 在高压作用下, 该结构的导带能级有向高能级移动的趋势, 而价带能级有向低能级移动的趋势. 同时, 对照态密度分布图及高压下能级的移动情况, 分析了MgS B2构型在高压作用下的光学性质, 发现高压作用下, 吸收光谱发生了明显的蓝移.     

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．     

二维Ag2S的电子和光电性能的第一性原理研究

二维Ag₂S是一种具有间接宽带隙的半导体材料,由其在平面内和平面外具有独特的力学性质,因此受到了人们的广泛关注.本文基于密度泛函理论进行了第一性原理计算,研究了二维Ag₂S的电子、光学性质的变化.二维Ag₂S具有较强的方向各异性,通过不同浓度的O取代S替换掺杂,发现随着O浓度的增加,带隙值出现先增大后减小的现象;由于O元素的引入,使二维Ag₂S结构对称性降低,引起能带及光吸收、光反射的分布离散化.y方向4.56～5.36 e V处光吸收及光反射峰随掺杂浓度增加逐渐减小,且出现明显的蓝移.