分光椭偏技术在铟锡氧薄膜光电特性研究中的应用

通过分光椭偏测量技术、并采用Drude和Tauc-Lorentz复合模型,研究了铟锡氧(ITO)薄膜在不同基底温度和退火过程中光学介电函数的变化。通过与霍尔效应以及光学带隙测试的数据对比,发现ITO薄膜的载流子浓度和光学带隙变化分别对材料红外和紫外波段光学介电函数有影响。通过分别研究材料在低能端和高能端的介电函数,得到光学介电函数与薄膜的载流子浓度和光学带隙的关系。该研究确定了利用非接触分光椭偏技术对ITO薄膜的电学和光学特性进行定量分析的近似方法。     

共轭低聚物中光生分子间电荷转移态的第一性原理研究（英文）

本文基于第一性原理中的Heyd-Scuseria-Ernzerh方法研究了单层In_(1-x)Ga_xN的电子结构和光学性质.计算得到单层In_(1-x)Ga_xN的能带结构和态密度(DOS),发现随着掺杂比例的变化,体系带隙的变化范围是1.8～3.8 eV,表明通过Ga的掺杂可以实现体系带隙值的调节.并且还研究了单层In_(1-x)Ga_xN的介电函数,折射率和吸收系数等光学性质,结果表明随着Ga掺杂浓度的增加,介电函数谱的主峰和吸收谱发生了显著的蓝移.此外,基于能带结构和态密度图谱,对单层In_(1-x)Ga_xN的光学性质进行分析,预测这种材料独特的光学性质在纳米电子学和光学器件中会有广泛的应用.     

金属介电函数的正确运用——以金属纳米球诱导的二能级系统的基态能级移动为例

金属对电磁场的响应包括自由和束缚电荷两部分的贡献,大学物理教学中通常分别用Drude模型和Lorentz模型描述,然而,以上模型所得的介电函数只在一段较窄的频率范围内能与实验数据吻合.因此,在实际科研工作中,当物理量与较宽频率范围内的电磁场响应有关时,原则上介电函数应当采用实验测量值而不能采用模型化的结果.本文以金属纳米球诱导的二能级系统的基态能级移动为例,分别展示采用模型化的介电函数和实验介电函数时,能级移动计算结果的差异.     

Cd_xHg_(1-x)Te混晶的远红外反射光谱和多振子模型

在温度4.2—300K和波数15—450cm~(-1)范围内研究了x=0.18到0.45的不同组份的Cd_xHg_(1-x)Te样品的远红外反射光谱。实验观察到了类CdTe光学声子反射带的精细结构和低组份样品类HgTe反射带的复杂结构,研究了这些结构对组份和温度的关系,并用多振子模型讨论了反射光谱的这种精细结构。 对实验反射光谱用经典的振子匹配方法进行了拟合计算,并从这种拟合运算获得了Cd_(x~-)Hg_(1-x)Te的远红外介电函数谱及其它光学常数和频率的关系。     

AlN_(1-x)P_x合金电子结构及光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理的平面波超软赝势,采用广义梯度近似及Heyd-Scuseria-Ernzerhof 03(HSE03)方法对能带及态密度进行修正,研究了AlN_(1-x)P_x(x=0,0.25,0.50,0.75,1)合金的晶体结构、电子结构和光学性质。结果表明,随P含量的增加,AlN_(1-x)P_x晶格常数呈线性递增趋势,AlN_(1-x)P_x(x=0,0.25,0.75,1)属于立方晶系,而AlN0.50P0.50属于四方晶系。AlN_(1-x)P_x带隙随P含量的增加呈先减后增趋势,AlN和AlP是间接带隙半导体,而AlN_(1-x)P_x(x=0.25,0.50,0.75)属于直接带隙半导体。P的存在破坏了AlN原本的本征值和简并态,改变了电子能带结构。随P含量的增加,AlN_(1-x)P_x的光学性质曲线向低能区移动,介电函数虚部的次强峰逐渐消失。AlN_(1-x)P_x合金对紫外光具有较强吸收,P的存在拓宽了可见光吸收范围。     

氧钝化石墨纳米带电子和光学性质的第一性原理

采用第一性原理方法,研究了氧原子钝化的扶手椅型石墨纳米带的结构、电磁特性和光学性质. 氧原子钝化的石墨纳米带比氢原子钝化稳定,显示出金属性质. 自旋极化计算的能带和态密度研究表明,该纳米带反铁磁态比铁磁态稳定,表现为反铁磁半导体特征. 由于边沿钝化的氧原子的影响,该系统的介电函数有明显的红移,且第一个介电峰主要由最高价带贡献. 介电函数、折射系数、吸收系数及能量损失等的峰值与电子跃迁吸收有关.     

第一性原理研究Fe掺杂SnO2材料的光电性质

采用基于第一性原理的线性缀加平面波(FP-LAPW)方法,研究Fe掺杂SnO₂材料电子结构和光学性质,包括电子态密度、能带结构、介电函数和其他一些光学图谱. 研究结果表明,掺Fe后材料均属于直接跃迁半导体,且呈现半金属性;随掺杂浓度增加,费米能级进入价带,带隙逐渐减小,Fe原子之间耦合作用增强;通过掺杂能够在一定程度上改变成键性质,使其具有金属键性质. 光学谱线(吸收谱、消光系数等)与介电函数虚部谱线相对应,均发生蓝移,各峰值与电子跃迁吸收有关,从理论上指出光学性质和电子结构的内在联系. 关键词： 能带结构 态密度 光学性质 介电函数     

Al掺杂SnO2 材料电子结构和光学性质

采用基于第一性原理的线性缀加平面波方法(FP-LAPW),研究Al掺杂SnO₂材料Sn_1-xAl_xO₂ (x= 0,0.0625,0.125,0.1875,0.25)的电子结 构和光学性质,包括能带结构、电子态密度、介电函数和其他一些光学性质.计算结果表明,掺杂Al之后价带上部分折叠态增加,价带宽度发生收缩,对导带底起作用的Sn 5s态减少,使得带隙增宽,且态密度整体向高能方向发生移动.随着Al掺杂量的增加带隙越来越宽,Al杂质能级在导带部分与Sn 5p态电子相互作用逐渐增强,虚部谱中的第一介电峰的强度随掺杂Al浓度增大而减弱.同时,吸收谱及其他光学谱线与介电函数虚部谱线相对应,各谱线均发生蓝移现象,对应带隙增宽,从理论上指出了光学性质与电子结构之间的内在关系. 关键词： 能带结构 态密度 光学性质 介电函数     

Al，Ga掺杂ZnO电子结构和光电特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似(GGA)的PBE平面波超软赝势方法，计算了本征ZnO，Al掺杂ZnO(ZnAlO)和Ga掺杂ZnO(ZnGaO)的能带结构、态密度、复介电函数和复电导率. 其中Al或Ga是以替位杂质的形式进入ZnO晶格. 计算结果表明纤锌矿型ZnO，ZnAlO和ZnGaO都是直接带隙半导体材料，掺杂后ZnO的带隙变小，且ZnAlO的带隙略大于ZnGaO. 掺杂后ZnO的电子结构发生变化，费米能级由本征态时位于价带顶上移进入导带，ZnO表现为n型掺杂半导体材料，掺杂后在导带底出现大量由掺杂原子贡献的自由载流子—电子，明显提高了电导率和介电函数，改善了ZnO的导电性能，并且ZnAlO的导电性能要略好于ZnGaO.     

含缺陷的二维CuI光电性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论计算了本征缺陷时二维CuI的光电特性,分析了能带结构以及复介电函数.本征2D CuI的带隙值为1.56 eV,为直接带隙半导体;I和Cu缺陷的引入使2D CuI的带隙值小,Cu缺陷的引入并未改变2D CuI的带隙方式,而I缺陷的引入使2D CuI变为间接带隙半导体.光学性质计算结果表明本征2D CuI的静介电函数为2.47, I缺陷的引入对2D CuI的静介电函数影响较小,但是在Cu缺陷时2D CuI的静介电函数急剧增大.     

AuBe_5型新相NdMgNi_(4-x)Co_x的第一性原理研究

利用密度泛函理论系统研究了AuBe_5型新相NdMgNi_(4-x)Co_x(x=0,1,2,3)的晶体学结构、弹性力学性能、热力学性质和电子结构特性.与试验数据相比,晶格常数的相对误差在0.34%之内,而晶体学参数的相对误差在0.24%之内.通过广义胡可定律、Voigt-Reuss-Hill方法和平均声速计算了弹性常数、弹性模量和德拜温度,利用Gibbs2代码计算了0～1000 K范围内的吉布斯自由能、熵和等体热容.计算的结果与其他文献计算结果符合的很好.结果表明:合金相的热稳定性随着Co含量的增加而增强.NdMgNi_(4-x)Co_x(x=0,1,2,3)合金均为韧性材料且按以下顺序增强:NdMgNi_4NdMgNi_2Co_2NdMgNi_3Co NdMgNiCo_3.随着温度升高,合金相的熵S增大而Cv值均趋近于杜隆-珀蒂极限值.对电子态密度的计算表明,NdMgNi_(4-x)Co_x(x=1,2,3)合金为磁性材料,且磁性随着Co含量的增大而增强.     

Mg-Al-Ca合金中三元Laves相的稳定性和电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,应用VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) 计算软件,研究了Mg-Al-Ca合金中三元Laves相,即Ca(Mg1-x,Alx)2和Al2(Ca1-x,Mgx) (x=0, 0.25, 0.50, 0.75, 1)在不同形态结构(C14, C15和C36)下的相稳定性及电子结构。计算所得的晶格常数和实验值吻合很好,形成能和相关能的计算用来研究三元Laves相的合金化能力和稳定性,结果表明：C14-Ca(Mg0.25,Al0.75)2具有很好的合金化能力,而C15- CaAl2具有很好的结构稳定性。态密度和电荷密度的计算用来研究Mg-Al-Ca合金中三元Laves相稳定性的内在微观机制。     

绝缘颗粒液体主体基质复合介质的非线性光学性质

利用Maxwell-Garnett近似，并结合谱表示方法，理论研究了具有一般非线性的绝缘颗粒，无规则浸入液体主体基质复合体系的非线性光学性质-在弱非线性条件下，数值研究了体系的有效线性介电函数和光学非线性随体积分数的变化，并发现体系的线性介电函数比光学非线性更依赖于绝缘颗粒组分的体积分数-在一般非线性条件下，研究体系的有效介电函数随入射光强度的依赖关系，还研究了s方向和p方向极化的总反射率的行为- 关键词： 复合介质 谱表示 非线性光学性质     

Cd_xZn_(1-x)O合金热力学性质的第一性原理研究

ZnO的能带工程是当前ZnO研究的热点之一通过等价阳离子如Cd,Be,Mg等部分取代Zn形成CdZnO,BeZnO,MgZnO等合金来调控ZnO带隙的研究己广泛开展.其中,Cd的掺杂可以减小ZnO的禁带宽度,使CdZnO合金在紫外一可见光波段光电器件中具有潜在的应用价值.本文利用第一性原理计算结合集团展开法,通过研究纤锌矿(WZ)和岩盐矿(RS)型Cd_xZn_(1-x)O合金不同Cd掺杂含量下各种构型的形成能,发现了纤锌矿结构的两种亚稳相Cd_(1/3)Zn_(2/3)O,Cd_(2/3)Zn_(1/3)O;对其晶格常数·键长·键角和电子结构的分析表明,随着Cd掺杂量的增大,晶格常数a,c均逐渐增大,而c/a值逐渐减小,O—Zn(Cd)—O键角及合金禁带宽度均逐渐减小.通过对Cd_xZn_(1-x)O合金的有效集团交互系数的分析得出,两个原子组成的集团中其有效集团交互系数最大,表明两原子集团对用集团展开法计算的形成能贡献最大.通过比较第一性原理计算的形成能和集团展开法拟合计算得到的形成能,发现两者相差很小,表明采用集团展开法拟合计算Cd_xZn_(1-x)O合金的形成能准确、可靠,通过对大量Cd_xZn_(1-x)O合金的形成能分析发现,大部分Cd_xZn_(1-x)O的形成能比同组分的ZnO与CdO混合相的能量高,表明ZnO和CdO互溶时会形成固溶度间隙,低温下难以实现全组分固溶.在此基础上,我们计算了WZ-和RS-Cd_xZn_(1-x)O随机合金的形成能并得到了相图.对于纤锌矿结构,其临界温度为1000 K;对于岩盐矿结构,其临界温度为2250 K.更高的临界温度表明Cd_xZn_(1-x)O难以形成岩盐矿结构的合金.进一步计算获得WZ-和RS-Cd_xZn_(1-x)O的两相相图,发现Cd较易固溶于WZ-ZnO中,而Zn较难固溶于RS-CdO中.     

用第一性原理研究掺钴碲化锌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，对Zn（1-x）CoxTe基态的能量、几何结构、电子结构和光学性质等进行了系统的研究．几何结构研究对晶格参量进行了优化计算，Co原子掺入ZnTe后晶格常量减小，晶格发生局部畸变；电子结构的研究表明，Co3d电子的引入导致带隙宽度变窄；计算了Zn（1-x）CoxTe的光学性质，给出了其吸收系数及介电函数的实部ε1、虚部ε2．掺Co导致吸收峰在长波区域减弱且进一步向长波方向扩展．     

用反射椭圆偏振光谱获得波长调制反射谱

文章分析了波长调制反射谱的实质是静态介电函数对能量的一级微商谱．将ＭＯＣＶＤ方法生长的ＧａＩｎＰ以及掺Ｓｉ两个样品，用椭偏光谱法测量得到可见光区的介电函数谱，并求其一级微商谱．将用于分析电反射谱的三点法推广用来分析介电函数的一级微商谱，得到波长调制反射谱的实验结果，并与介电函数谱的结果加以比较，使灵敏度和分辨率有很大提高．     

钛酸铋钠系铁电体的相变研究

研究了(Na0.5Bi0.5)TiO3,(Na0.5Bi0.5)(1-x)BaxTiO3和(Na0.5Bi0.5)(1-x)SrxTiO3陶瓷的介电温谱,确认了该系列材料在520℃以下的高、低温两种介电反常和存在于这一温度区间的巨大热滞现象.发现该类材料只存在对应于低温介电反常的介电损耗峰,而对于高温介电峰则无对应的损耗峰.同时,常温时材料的结构特征对于其介电温谱的特征影响较小,但施加偏置场却可明显改变材料的介电温谱特征:1)可使得材料的热滞现象几乎消失;2)适当偏置场下材料升降温介电曲线可与零偏场下介电 关键词： 钛酸铋钠 热滞 相变 极性微区     

非晶态Fe-P合金结构的计算机模拟(Ⅱ) Fe_(100-x)P_x结构与成分关系

本文以计算机制作的模拟非晶态Fe_(100-x)P_x(x分别取25,20,15)合金的无规密堆模型作为初始位形,应用准动态平衡边界条件、截尾Morse势对体系进行松弛(能量极小化)计算。得到了松弛前后三种不同成分模型的体系能量、简约径向分布函数、配位数分布、角分布函数及均匀度,讨论了非晶态Fe_(100x)P_x合金结构与成分的关系。     

电场调控双层石墨烯纳米带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,研究了外加电场作用下双层AA堆垛的Armchair边缘石墨烯纳米带(BAGNRs)的电子结构和光学性质. BAGNRs具有半导体特性,其带隙随带宽(宽度为4～12个碳原子)的增加而振荡性减小.当施加电场后,BAGNRs的带隙随着电场强度的增加而逐渐减小,带隙越大对电场值的变化越敏感.当电场值为0.5 V/?时,所有BAGNRs的带隙都为零. BAGNRs具有各向异性的光学性质,其介电函数在垂直极化方向为半导体特性,而在平行极化方向为金属特性.在外加电场的作用下,BAGNRs的介电函数、吸收系数、折射系数、反射系数、电子能量损失系数和光电导率,其峰值向低能量区域移动,即产生红移现象.电场增强了能带间的跃迁几率.纳米带宽度对这些光学性质参数具有不同程度的影响.研究结果解释了电场调控BAGNRs光学性质的规律和微观机理.     

不同价态Mn掺杂InN电子结构、磁学和光学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论体系下的广义梯度近似GGA+U平面波超软赝势方法,在构建了纤锌矿结构的InN超胞及三种不同有序占位Mn~(2+),Mn~(3+)价态分别掺杂InN超胞模型,并进行几何优化的基础上,计算了掺杂前后体系的电子结构、能量以及光学性质.计算结果表明:Mn掺杂后体系总能量和形成能降低,稳定性增加,并在费米能级附近引入自旋极化杂质带,体系具有明显的自旋极化现象.掺杂不同价态的Mn元素对体系电子结构和磁学性质产生了不同的影响.电子结构和磁性分析表明掺杂体系的磁性来源于p-d交换机制和双交换机制的共同作用,Mn~(3+)价态掺杂有利于掺杂体系的居里温度达到室温以上.与未掺杂InN相比,不同价态Mn元素掺杂后体系的静态介电函数显著增大,掺杂体系介电函数虚部和吸收光谱在低能区域出现了较强的新峰,分析认为这些新峰主要来自与费米能级附近自旋极化杂质带相关的跃迁.