层状半导体WSe2的电子结构和各向异性光学性质研究

采用第一性原理密度泛函理论研究了六角层状晶体 WSe2 的电子结构和各向异性光学性质. 结果表明:WSe2 为间接带隙半导体, 带隙值为1 .44 eV, 略小于实验值(1 .51 eV) ; 价带和导带均主要由 W-5d 和Se-4p 电子构成, 在价带顶(0~2eV) 及导带底(1 .5 ~3.5 eV) , W-5d 和 Se-4p 电子杂化明显, 形成共价键. 介电函数的虚部和实部均表现出明显的各向异性,εi (xx ) 有一个明显的介电吸收峰, 而εi (zz ) 却有两个明显的介电吸收峰; WSe2 晶体对zz 光的低频透明区的能量范围几乎是xx 光的2 倍, 应用 WSe2 晶体的这一特性可以制备不同要求的偏振片.     

Li掺杂ZnO系统的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Li掺杂Zn O系统的电子结构和光学性质。结果表明,随着掺杂浓度的增大,带隙线性增大,吸收边蓝移。由于杂质吸收,掺杂系统在可见光区附近产生了新的吸收峰,适度掺杂可以提高可见光的吸收率,改善系统的光催化特性。     

Ag-S共掺杂AlN电子结构和光学性质的第一性原理研究

用第一性原理平面波赝势方法对纯AlN和Ag-S共掺杂AlN的结合能、电子结构和光学性质进行计算分析.结果表明：施主杂质S原子的引入可以有效增加受主杂质Ag原子在AlN中的掺杂浓度,降低受主能级,对受主Ag原子起到了激活的作用,Ag-S共掺杂有助于实现高效的p型AlN.体系掺杂后的介电函数虚部和光吸收谱分别在低能区出现新的峰,其吸收边向低能方向偏移,增强了体系对低频电磁波的吸收.     

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.     

稀土La掺杂CrSi_2电子结构与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赝势平面波方法,对稀土La掺杂CrSi2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,La掺杂后,CrSi2的晶格常数a,b和c均增大,晶格体积增大.La掺杂导致费米面进入价带,带隙明显变窄仅为0.07eV;在费米面附近,La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分,而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定;La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69,ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强,光学吸收边向低能方向移动,吸收峰减小.计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.     

稀土La掺杂CrSi2电子结构与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赝势平面波方法, 对稀土La掺杂CrSi2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, La掺杂后, CrSi2的晶格常数a, b 和c均增大, 晶格体积增大. La掺杂导致费米面进入价带, 带隙明显变窄仅为0.07eV; 在费米面附近, La原子的5d层电子态密度只占总态密度很小的一部分, 而总态密度仍然由Si的3p层和Cr的3d层电子的分波态密度决定; La掺杂后CrSi2的静态介电常数ε1(0)由28.98增大为91.69, ε2(ω)的两个介电峰均向低能方向偏移且增强, 光学吸收边向低能方向移动, 吸收峰减小. 计算结果为CrSi2材料掺杂改性的实验研究提供了理论依据.     

Electronic Structure and Optical Properties of Zinc-Blende InxGa1-xNyAs1-y by a First-Principles Study

Electronic structure and optical properties of the zinc-blende In_xGa_{1 - x}N_yAs_1-y system are calculated from the first-principles. Some relative simulations are performed using CA-PZ form of local density approximation in the framework of density functional theory. The supercell of intrinsic GaAs is calculated and optimized by using different methods, and the LDA-CA-PZ gives the most stable structure. The band gap of In_xGa_{1 - x}As tends to decrease with the increasing In concentration. For the case of In_0.0625Ga_0.9375N_yAs_{1 -y}, the band gap will show slight difference when N concentration is larger than 18.75%. The optical transition of In dopant in GaAs exhibits a red shift, while it is a blue shift for the N dopant in InGaAs. Besides, dielectric function, reflectivity, refractive index and loss function in different doping model of In_xGa_{1 - x}N_yAs_{1 - y} are also discussed.     

ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算

计算了ZnO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了ZnO材料电子结构与光学性质的关系。所有计算都是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。利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的ZnO材料的介电函数、反射谱、反射率以及消光率,理论结果与实验符合甚佳,为ZnO光电材料的设计与应用提供了理论依据。同时,计算结果也为精确监测和控制ZnO材料的生长过程提供了可能性。     

掺杂Fe、F对ZnO电子结构和光学性质的影响

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法,建立了Zn16O16、Zn15Fe1O16、Zn16O15F1、Zn15Fe1O15F1超晶胞,对掺杂前后ZnO超晶胞的能带结构分布、光学性质进行了计算与分析。计算结果表明：共掺杂Fe、F体系的形成能比单掺杂更小,稳定性更高;共掺杂体系的共价性最弱,更利于光生电子-空穴对的分离,且共掺杂体系的杂质能级数变得更为密集,电子更容易从低能级跃迁到高能级,进而提高光催化活性;Fe3+的掺入导致费米能级进入导带,产生莫特相变,使之导电性增强;共掺杂体系的介电函数虚部向低能方向移动,在可见光区域的吸收峰值明显增大,说明Fe、F共掺杂是一种很好的光催化材料。     

斜钨矿结构钨酸铅晶体电子结构和光学的偏振性质研究

利用完全势缀加平面波局域密度泛函近似,计算了完整的白钨矿结构和斜钨矿结构的钨酸铅（PbWO4）晶体的电子结构;模拟计算了复数折射率、介电函数及吸收光谱的偏振特性。分析了各个吸收光谱的峰值所对应的可能的电子跃迁以及钨酸铅晶体的偏振特性。钨酸铅晶体的光学性质的各向异性反映了钨酸铅晶体的品格结构的各向异性。计算结果表明：斜钨矿结构的钨酸铅晶体的光学性质与白钨矿结构的钨酸铅的光学性质之间存在明显的差异。这说明钨酸铅晶体是一种结构敏感的晶体;计算结果为研究钨酸铅晶体的光学性质与晶体结构之间的关系提供理论基础。     

CdSexS1-x电子学结构及光学性质的第一性原理研究

CdSe是Ⅱ-Ⅵ族中重要的半导体材料,一定条件下可与CdS形成无限固溶体CdSexS1-x(0≤x≤1)。CdSexS1-x在薄膜太阳电池及光电器件等领域具有重要的应用,对CdSexS1-x的电子学结构和光学性质进行研究有助于进一步提高其在光电器件等方面的应用。基于第一性原理,采用平面波超软赝势方法,计算了CdSexS1-x的电子学结构及光学性质,并将计算结果与实验进行了对比。结果表明,CdSexS1-x的晶格常数随着Se组分的增加呈线性增大趋势,态密度向低能级方向移动,禁带宽度减小,光吸收边发生一定程度的蓝移。当Se含量为0.5时,CdSexS1-x的光折射、反射和能量损失最大。除了Se和S的比例为1∶1时CdSexS1-x所属晶系为三斜晶系,其他比例下均为立方晶系。理论计算结果与实验符合。     

应变对纤锌矿结构GaN电子结构及光学性质的影响

使用第一性原理密度泛函理论（DFT）框架下的广义梯度近似（GGA+U）方法计算单轴应变对纤锌矿结构GaN的键长、差分电荷密度、电子结构以及光学性质的影响.结果表明：带隙随应变的增加而减小,压应变在（-1%~-3%）范围内变化时带隙变化不明显,压应变超过3%时带隙随应变的增大显著减小.光学性质研究表明,应变对介电函数虚部峰的位置和大小都产生影响,静态介电常数随应变的增大而增大;应变使GaN的吸收系数减小.     

不同3d过渡金属掺杂对ZnS电子结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对掺杂不同3d过渡金属元素的闪锌矿型ZnS系统进行了研究。结果表明,掺杂元素的主要贡献在费米面附近,掺杂后系统的价带底、导带均向低能方向移动,带隙变小。Fe、Mn、Cr、V的掺杂为n型掺杂,Cu、Ni、Co的掺杂为p型掺杂。掺杂后系统的光学吸收边都有明显的红移,在绿光区有较强的吸收。此外,V和Cr掺杂系统在远紫外区也有较强的吸收,结果与实验符合。     

无机钙钛矿太阳能电池Cs2SnI6的电子结构和光学性质的第一性原理研究

近年来,Cs2SnI6作为一种无毒性、稳定性好的新型钙钛矿材料应用于太阳能电池中,其电池的光电转换效率由最初不到1%增长到现在的8.5%,使之成为有可能替代铅基钙钛矿太阳能电池的新型太阳能电池。本文采用基于广义密度泛函和杂化密度泛函的第一性原理方法研究了Cs2SnI6的电子结构、光学特性和钙钛矿太阳能电池的光电性能参数。研究结果表明,导带底和价带顶位于同一高对称点Γ而属于直接跃迁型半导体,且电子态主要来自于I-5p轨道和Sn-5s轨道。在近红外和可见光波长范围内有较高的吸收系数,当Cs2SnI6钙钛矿厚度达到10μm时,吸收率在311~989 nm之间接近100%,不考虑潜在损失的情况下,理论上太阳能电池可获得短路电流为32.86 mA/cm2、开路电压0.91 V、填充因子87.4%、光电转换效率26.1%。为实验上制备高效Cs2SnI6钙钛矿太阳能电池提供了参考。     

Zn1-xMgxO电子结构及光学性质的第一性原理GGA+U方法研究

Mg掺杂ZnO形成的固溶体Zn_1-xMg_xO（ZMO）（0 ≤ x ≤ 0.25）是一种带隙较宽、电子学性质可调控的半导体材料,在薄膜太阳电池及光电设备的透明电极等方面具有重要的应用价值。基于密度泛函理论下的第一性原理超软赝势方法,采用GGA+U计算了ZMO的电子结构和光学性质。计算结果表明,随着x值的增加,ZMO的禁带宽度由x=0时的3.32 eV增加到x=0.25时的3.78 eV;光吸收边及反射谱和能量损失谱均发生明显蓝移,峰值存在于紫外光区。计算结果与实验结论相符合。     

Electronic and Optical Properties of Cubic SrHfO3

In order to clarify the mechanism of optical transitions for cubic SrHfO₃, we have investigated the electronic structure and optical properties of cubic SrHfO₃ using the plane-wave ultrasoft pseudopotential technique based on the first-principles density-functional theory (DFT). The ground-state properties, obtained by minimizing the total energy, are in favorable agreement with the previous work. From the band structure and charge densities as well as the theory of crystal-field and molecular-orbital bonding, we have systematically studied how the optical transitions are affected by the electronic structure and molecular orbitals. Our calculated complex dielectric function is in good agreement with the experimental data and the optical transitions are in accord with the electronic structure.     

纤锌矿结构AlInN电子及光学性质的第一性原理研究

本文通过基于密度泛函理论的第一性原理,研究了纤锌矿结构Al1-xInxN在不同In浓度下的稳固结构,以及电子和光学性质的变化规律。研究表明,AlInN不同In浓度的晶格结构都很稳定,说明AlInN的兼容性很好。晶格常数随In浓度的增大不断增大,而混晶的带隙则不断减小。并且随In浓度的增大,混晶在紫外光区的吸收系数、反射系数及折射率增大,吸收边、吸收峰和反射峰蓝移,且这两个峰的峰值减小。AlInN的吸收、反射和折射率曲线在Eg处出现峰值行为,此Eg处的峰值大小随In浓度的增加而增大。当In浓度达到87.5%时,混晶AlInN在紫外光区的吸收、反射和折射能力均达到最强,表明此时的掺杂效果最好。     

纤锌矿结构AlInN电子及光学性质的第一性原理研究

本文通过基于密度泛函理论的第一性原理,研究了纤锌矿结构Al1-xInxN在不同In浓度下的稳固结构,以及电子和光学性质的变化规律。研究表明,AlInN不同In浓度的晶格结构都很稳定,说明AlInN的兼容性很好。晶格常数随In浓度的增大不断增大,而混晶的带隙则不断减小。并且随In浓度的增大,混晶在紫外光区的吸收系数、反射系数及折射率增大,吸收边、吸收峰和反射峰蓝移,且这两个峰的峰值减小。AlInN的吸收、反射和折射率曲线在Eg处出现峰值行为,此Eg处的峰值大小随In浓度的增加而增大。当In浓度达到87.5%时,混晶AlInN在紫外光区的吸收、反射和折射能力均达到最强,表明此时的掺杂效果最好。     

FeS2(pyrite)电子结构与光学性质的密度泛函计算

采用局域密度近似的自洽密度泛函理论计算了FeS2的电子结构与光学性质。费米能级附近区域的能带与态密度计算表明价带极大值在X（100）点和导带极小值在G（000）点，直接带隙和音接带隙分别为0.74eV、0.6eV。并用电子结构信息精确计算了介质极化矩阵元，从而给出了FeS2的介电函数虚部及相关光学参量，理论结果与实验符合甚佳。