基于第一性原理的Mn纳米线掺杂二维SnSe热电性能研究

本文提出了一种在二维SnSe中掺杂一维Mn纳米线的2D-1D复合结构,并系统地研究了其热电性能。结果表明,一维Mn纳米线将电子态汇聚在纳米线附近,提高了材料的各向异性,降低了电子在某一方向上的散射效应,导致了较高的迁移率和电导率。自旋向上和向下的电子态发生简并,导致了较高的塞贝克系数和电导率。此外,Mn纳米线将晶格热导率降低了约0.17 W·m^?1·K^?1。在200至650 K的温度范围内,3Mn-SnSe具有0.73至3.78的极高ZT值,比本征二维SnSe平均提高了约39.2%。     

二维g-AlN材料中n型掺杂探索：基于第一性原理的带电缺陷计算

电荷转移能级和缺陷形成能的计算对探索半导体材料的n型和p型掺杂效率具有重要的指导意义。基于第一性原理方法,结合二维带电缺陷计算理论,系统计算了二维类石墨烯氮化铝(graphene-like AlN, g-AlN)中四种（C_Al,Si_Al,Ge_Al,Sn_Al）可能的n型掺杂体系的结构、磁学、电学以及缺陷性质。结果表明,四种体系的最稳定价态均为+1价和0价,Sn_Al具有较深的施主能级,不具备为二维g-AlN提供n型载流子的条件,而C_Al,Si_Al,Ge_Al表现为浅能级施主特性,均能在一定条件下成为理想的施主杂质,其中Si_Al具有最浅的施主特性以及最低的缺陷形成能,因而是二维g-AlN中实现n型掺杂的首选掺杂剂。另外,在p型二维g-AlN中,四种掺杂原子都会成为有效的空穴捕获中心,严重降低p型载流子导电率。研究数据将会为实验上实现二维g-AlN n型掺杂提供理论解释和指导。     

β型锑烯热电输运性质的第一性原理研究

利用第一性原理与半经典玻尔兹曼方程,计算并分析β型锑烯的声子色散、声子群速度、声子弛豫时间、晶格热导率及不同温度下的塞贝克系数、电导率和电子热导率随化学势的变化;结果表明：β型锑烯由于非平面六角结构,三支声学声子在Γ点附近均呈线性变化;声学声子对整个晶格热导率的贡献高达96.68%,而光学声子仅仅占到3.32%;由于较大的声光带隙（a-o gap）导致LA支在声子群速度和弛豫时间中占据主导地位,从而增大了LA支声子对整个热导的贡献;热电优值随温度的升高而增大,在费米面附近其绝对值最大可达0.275.     

原子尺度构建二维材料的第一性原理计算研究

随着信息技术的不断进步,核心元器件朝着运行速度更快、能耗更低、尺寸更小的方向快速发展.尺寸不断减小导致的量子尺寸效应使得材料和器件呈现出许多与传统三维体系不同的新奇物性.从原子结构出发,预测低维材料物性、精准合成、表征、调控并制造性能良好的电子器件,对未来电子器件的发展及相关应用具有至关重要的意义.理论计算能在保持原子级准确度的情况下高效、低耗地预测材料结构、物性、界面效应等,是原子制造技术中不可或缺的重要研究手段.本综述从第一性原理计算角度出发,回顾了近年来其在二维材料结构探索、物性研究和异质结构造等方面的应用及取得的重要进展,并展望了在原子尺度制造背景下二维材料的发展前景.     

Ni-C共掺杂AgSnO2触头材料电性能第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理分析方法的CASTEP软件,计算了Ni、C单掺杂和共掺杂SnO₂的晶格参数、能带结构、电子态密度和布局,结果表明:单掺杂和共掺杂均使得晶胞体积略微增大,禁带减小,且仍属于直接带隙半导体,在价带顶和导带底产生杂质能级,其中Ni-C共掺杂时禁带最小,杂质能级最多,电子跃迁需要的能量更小,导电性也就最好.共掺杂时费米能级附近的峰值有所减小,局域性降低,原子间的成键结合力更强,使得SnO₂材料也更加稳定.     

p-型层状氧化锌的热电性质研究

采用第一性原理和玻尔兹曼输运理论,我们系统的研究了p-型二层氧化锌的热电性质.基于对单层氧化锌的晶格优化,计算得到其无虚频的声子谱,证明了它的热力学稳定性.由此构建了热力学性质稳定的二层氧化锌.采用实空间有限差分法生成了二层氧化锌的二阶和三阶力常数,然后得到了其声子散射和晶格热导率,使用两种计算方法得到了其晶格热导率在室温下分别为κ_ι~(BTE)=2.65 W/m·K和κ_ι~(RTA)=2.38 W/m·K.并且得到了p-型二层氧化锌在300 K至900 K等差温度下的热电优值为0.052～0.601,证明通过调节温度可以获得较高的热电优值.     

二维铁电体CuCrP2S6的第一性原理研究

三维铁电体材料以其众多优良的性质在许多电子行业内起着无可替代的作用,如制作铁电存储器、高能电容器等等.但随着纳米技术的日趋成熟,磁电材料逐渐受到悬空键和量子隧穿效应等负面因素的影响.因而,二维铁电材料逐渐进入科研人员的视野,它有望克服上述难题.本文利用第一性原理密度泛函理论模拟,关注了一种典型的层状金属硫磷酸盐——Cu...     

CoSi电子结构第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论全势线性扩展平面波法，首先对CoSi的晶胞参数进行优化计算，CoSi多粒子系统的最低能量为-134684297Ry，此时其晶胞处于最稳态，与最稳态对应的晶胞体积V0等于5899360a.u.3,晶胞参数为a=b=c=04438nm；然后计算了优化后的CoSi的电子结构及Si侧Al掺杂的CoSi075Al025的电子结构并分析了两者的电子结构特征，计算的CoSi电子能态密度与已有的计算结果整体形貌相同，但存在局部差异，Al掺杂后费米面发生了偏移；最后探讨了两者的电子结构对热电性能的影响，Al掺杂可提高CoSi的材料参数B，因此有望提高其热电性能. 关键词： 第一性原理 电子结构 热电性能     

Mn掺杂ZnO纳米线磁性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法系统研究了Mn原子单掺杂和双掺杂ZnO纳米线的稳定性和磁性质.所有掺杂纳米线的束缚能都为负值,表明掺杂增强了纳米线的稳定性.表面掺杂纳米线显示了直接带隙半导体特性,而中间掺杂纳米线显示了间接带隙半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于Mn原子3d轨道的贡献.由于杂化,相邻的O原子和Zn原子也产生了少量自旋.在超原胞内,Mn原子和O原子磁矩平行排列,表明它们之间是铁磁耦合.     

二维缺陷GaAs电子结构和光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了存在Ga空位缺陷和掺杂B原子的二维GaAs的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明空位缺陷二维GaAs显示出金属特性,B原子的引入使体系变为间接带隙半导体,禁带宽度为0.35 eV.态密度计算发现体系低能带主要由Ga的s态、p态、d态和As的s态、p态构成;高能带主要由Ga和As的s态、p态构成.掺杂B原子与存在空位缺陷的二维GaAs相比,静态介电常数相对较低,变为8.42,且易于吸收紫外光,在3.90～8.63 eV能量范围具有金属反射特性,反射率达到52%.     

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.     

二维MoS2/MoSe2异质材料的电子结构和热电性质研究

利用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运理论计算体相和双层二维MoS₂/MoSe₂异质材料的热电性质. 计算表明,体相MoS₂/MoSe₂异质材料的热电性质比之于MoSe₂会有较大程度的提高. 该异质材料热电性质的提高主要源于异质材料本身带隙的减小以及层间的范德瓦尔斯相互作用. 二维MoS₂/MoSe₂异质材料存在热电应用的可能性.     

高温高压下掺杂N型PbTe的热电性能

 以Sb₂Te₃作为掺杂剂,利用高温高压技术,成功合成出N型PbTe。在常温下对其热电性能的测试结果表明：掺杂微量的Sb₂Te₃后,PbTe的赛贝克系数绝对值和电阻率大幅度下降,热导率随掺杂浓度的增加缓慢升高。掺杂后PbTe的品质因子先大幅度增加,后逐渐降低,最高达到8.7×10^-4 K^-1,它比常压合成的PbTe掺杂PbI₂高一倍以上。结果表明,将高温高压方法与掺杂相结合,能有效地改善PbTe的热电性能。     

Ti-V系合金的结构、力学性质及电子结构的第一原理研究

采用基于密度泛函理论的第一原理方法,研究了Ti-V系合金Ti_3V, TiV和TiV_3的晶体结构,电子结构及力学性质.结果表明, TiV_3结构最稳定,其次是TiV,而Ti_3V稳定性最弱,但是, Ti_3V形成能力最强.三种合金的自间隙构型中,与Ti的自间隙构型相比,更容易形成V的自间隙构型;不管是Ti自间隙还是V自间隙, TiV_3的自间隙形成能均最大.力学性质的计算表明:三种合金均满足力学稳定性标准,且都为韧性材料;体模量及硬度计算表明, TiV_3的硬度最高,其次是TiV, Ti_3V的硬度最低,这与自间隙能的计算结果一致.电子结构计算表明:在费米能级处,三种合金均主要由Ti, V的p, d轨道电子提供态密度, TiV_3合金电子结构最稳定.差分电荷密度计算表明:在Ti_3V合金中,金属性强于共价性.在Ti_3V, TiV, TiV_3三种合金中,金属性逐渐减弱,共价性逐渐增强,合金变得稳定.     

含氧空位锐钛矿TiO2光学性质的第一性原理研究

为了研究锐钛矿TiO2晶体中氧宅位对光学性质的影响,利用基于局域密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波超软赝势方法.用第一性原理对含氧空位锐钛矿TiO2晶体进行了结构优化处理.计算了完整的和含氧空位锐钛矿TiO2晶体的电子态密度、复数折射率、介电甬数及吸收光谱的偏振特性.二者比较发现,引入氧空位后,锐钛矿TiO2的电子结构发生了变化,电子总态密度的费米面进入了导带,引起了莫特相变;含氧空位的锐钛矿TiO2晶体的Ti 3d态大约在-6.097 eV处出现了新的劈裂峰值.两种模型的介电函数虚部、吸收光谱以及复折射率的实部,它们的峰值位置一一对应.说明它们之间存在着内在的联系,这些都与电子态密度分布直接相关.理论分析和计算发现二者的介电函数虚部和吸收光谱峰值位置移动是弛豫效应影响的结果,同时,峰值大小变化是电子跃迁的几率来决定的.晶体的各向异性是由晶体结构的对称性决定的.     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN(Ga1-xMnxN,x=0.0625和0.1250)的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性.结果表明:Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大.Mn掺杂GaN均使得N2p与Mn3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强.     

Mn掺杂GaN稀磁半导体的电磁特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法计算了不同浓度Mn掺杂GaN（Ga1-xMnxN, x=0.0625和0.1250）的晶格常数、能带结构和态密度,分析比较了掺杂前后GaN的电子结构和磁性。结果表明：Mn掺入后体系仍为直接带隙半导体,带隙宽度随Mn含量的增加逐步增大。Mn掺杂GaN均使得N 2p与Mn 3d轨道杂化,产生自旋极化杂质带,自旋向上的能带占据费米面,掺杂后的Ga1-xMnxN表现为半金属铁磁性,适合自旋注入;随着Mn掺杂浓度的增加,体系的半金属性有所增强。     

Theoretical investigation of the thermoelectric transport properties of BaSi2

The full-potential linear augmented plane wave method based on density functional theory is employed to investigate the electronic structure of BaSi 2 . With the constant relaxation time and rigid band approximation,the electrical conductivity,Seebeck coefficient and figure of merit are calculated by using Boltzmann transport theory,further evaluated as a function of carrier concentration. We find that the Seebeck coefficient is more anisotropic than electrical conductivity. The figure of merit of BaSi 2 is predicted to be quite high at room temperature,implying that optimal doping may be an effective way to improve thermoelectric properties.