高压下BaHfO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域密度近似下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法系统地研究了高压对BaHfO3电子结构与光学性质的影响．能带结构分析表明：无压强和施加正压强作用时,BaHfO3为直接带隙绝缘体,而施加负压强时,BaHfO3则转变为间接带隙半导体;BaHfO3的带隙随压强增加而减小,且具有明显的非线性关系．对光学性质的分析发现：施加正压强后,光学吸收带边产生蓝移;负压强作用时介电函数虚部尖峰减少,光学吸收带边产生红移;施加压强后BaHfO3的静态介电常数和静态折射率均增大．上述研究表明施加高压有效调制了BaHfO3的电子结构和光学性质,计算结果为BaHfO3光电材料的设计与应用提供了理论依据．     

压力对有机半导体均苯四甲酸晶体结构转变和电子性质的影响

研究高压条件下均苯四甲酸(C₁₀H₆O₈)材料的结构和性质对探索有机半导体材料的应用有积极意义.基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,开展了0-300 GPa压强下C₁₀H₆O₈晶体的结构、电子和光学性质的研究.晶格常数在压强20 GPa和150 GPa下出现了明显跳变,且原子之间随着压强变化反复地出现成键/断键现象,表明压强可诱导晶体结构变化.电子结构的性质表明,0 GPa的C₁₀H₆O₈晶体是带隙为3.1 eV的直接带隙半导体,而压强增加到150 GPa时,带隙突变为0 eV,表明了晶体由半导体转变为导体.当压强为160 GPa时,晶体又变成了能隙约为1eV的间接带隙半导体,这可能是费米能级附近仅受O-2p轨道电子影响所导致.通过对C₁₀H₆O₈晶体介电函数的分析,再次验证了晶体在150 GPa时发生了结构相变.同时...     

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.     

高压下LiNbO3晶体电子结构与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超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO3晶体波态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收系数,能量损失函数以及光电导率. 研究发现：外界压强大于10Gpa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生“蓝移”.研究表明,高压可以有效调控LiNbO3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下LiNbO_3晶体电子结构与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超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO_3晶体态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO_3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收函数,能量损失函数以及光电导率.研究发现:外界压强大于10GPa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生"蓝移".研究表明,外界高压可以有效调控LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO_3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下Zn2GeO4带隙变化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Zn₂GeO₄晶体在高压下的电子结构和带隙变化行为. 研究结果发现, 随着压强的增加, Zn₂GeO₄ 能带间隙先变大, 在压强为9.7 GPa时达到最大值, 然后减小. 通过电子态密度、电荷布居数和电子差分密度分布图的研究分析可知:在低压区域(0< P< 9.7 GPa), 带隙的变大主要是由于原子间距离的减小造成的共价性增强和Ge原子随压强的变大局域性增强引起的; 在高压区域(P>9.7 GPa), 则是出现了离域现象, 诱发了离域电子的产生, 从而使带隙减小.     

畸形钙钛矿DyMnO3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广义梯度近似对畸形钙钛矿DyMnO₃的基态电子结构及光学性质进行计算和分析.结果表明优化的晶体结构参数与实验结果相符合,DyMnO₃具有非间接带隙大小为0.91 eV的能带结构,结合态密度分析了各元素价电子态的分布.计算分析包括介电常数,吸收系数,反射率等光学性质.     

第一性原理计算XHfO3(X=Ba,Sr)的结构、弹性和电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了钙钛矿结构的BaHfO₃和SrHfO₃的基态性质，包括优化后的晶格常数、弹性常数、体弹性模量、剪切模量、态密度、能带结构和电荷密度.计算结果表明BaHfO₃和SrHfO₃具有比较大的体弹性模量，它们都是间接带隙的半导体材料，Ba或Sr原子与HfO₃基团之间形成的化学键主要是离子键，而Hf原子与O原子之间形成的主要是共价键. 关键词： 第一性原理 钙钛矿结构 体弹性模量 价键     

应力调控对单层TiOCl2电子结构及光学性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层TiOCl₂的电子结构、输运性质和光学性质进行了理论研究.对单层TiOCl₂材料的声子谱、分子动力学和弹性常数的计算结果表明,该材料在常温下能稳定存在,并具有较好的动力学、热力学和机械稳定性.电子结构分析表明,单层TiOCl₂是一种间接窄带隙半导体(能隙为1.92 eV).在应力调控下,单层TiOCl₂材料的能带结构、输运性质和光学性质均发生明显变化.沿a方向施加-4%的收缩应力后,单层TiOCl₂由间接带隙变为直接带隙,带隙减小至1.66 eV.同时TiOCl₂还表现出明显的各向异性特征,电子沿b方向传输(迁移率约为803 cm~2·V^-1·s^-1),空穴则沿a方向传输(迁移率约为2537 cm~2·V^-1·s^-1).此外,施加收缩应力还会使单层TiOCl₂材料的光吸收率、反射率和透射率的波峰(谷)发生红移...     

Ge64-xCx合金的能带结构和光学性质的第一性原理计算

基于第一性原理密度泛函理论(DFT),广义梯度近似下的GGA+U方法,计算了Ge_64-xC_x(x=0～3)合金体系的能带结构和光学性质.计算结果显示,纯Ge的带隙宽度数值与实验值相符,为0.732 eV.在本文所研究的C浓度范围内Ge_64-xC_x(x=1～3)均转变成直接带隙,带隙随C原子的增加逐渐减小.光学性质的计算结果表明,C原子引入对所有的光学性质均产生影响,随着C浓度的增加Ge_64-xC_x合金的静态介电常数增大,在近红外区的吸收系数增大,且吸收光谱红移,对于Ge₆₁C₃吸收边延伸至中红外区.C原子掺杂使体系对光的利用率增强,Ge_64-xC_x合金的载流子寿命和光催化能力也随C浓度的变化而变化.Ge_64-xC_x合金有希望成为在近红外、中红外区域的光学材料.     

GaN结构相变、电子结构和光学性质

运用第一性原理平面波赝势和广义梯度近似方法,对纤锌矿结构和氯化钠结构GaN的状态方程及其在高压下的相变进行计算研究,分析相变点附近的电子态密度、能带结构和光学性质的变化机制.通过状态方程和焓相等原理得到GaN从纤锌矿到氯化钠结构的相变压强分别为43.9 Gpa和46.0 Gpa;在相变的过程中,GaN由典型的直接带隙半导体转变为间接带隙半导体材料;氯化钠结构GaN相比于纤锌矿结构,介电函数主峰值增强,本征吸收边明显往高能方向移动,氯化钠结构GaN在低能区域的光学性质差于纤锌矿结构.     

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.     

Dependence of optical properties of monoclinic MnWO4 on the electric field of incident light

Considering the electric field of incident light along four particular directions [100], [110], [011], and [010], the optical properties of monoclinic MnWO₄ were investigated by the first-principle methods. The calculated electronic structures show that the O 2p states and Mn 3d states dominate the top of the valence bands, while the W 5d and Mn 3d states play a key role in the bottom of the conduction bands. The dielectric function and other optical properties, including absorption coefficient, reflectivity spectra, and energy-loss spectra, were calculated and analyzed. The results predicted the maximum static dielectric function when the electric field of incident light was along the [100] direction; meanwhile the absorption edge was calculated to be consistent with the energy band gap and the values and positions of peaks in absorption coefficient are related with the electric field of light. Otherwise, it is found that the appearance of peaks in the energy-loss spectra is also dependent on the electric field and simultaneously corresponds to the edge of absorption spectra and the peaks' position of reflectivity spectra.     

First-principles calculations for electronic and optical properties of the zinc-blende structured BeS compound under pressure

The electronic and the optical properties of the cubic zinc-blende (ZB) BeS under high pressure have been investigated by using \it ab initio plane-wave pseudopotential density functional theory method in the generalised gradient approximation (GGA) for exchange-correlation interaction. The electronic band structure and the pressure dependence of the total and partial densities of state under pressure are successfully described. Our calculations show that the ZB BeS has large and indirect band gaps associated with (Γ → X) transitions in ambient conditions. The results obtained are consistent with the experimental data available and other calculations. The optical properties, including dielectric function, energy-loss function, complex refractive index, reflection and absorption spectra, are investigated and analysed at different external pressures. The results suggest that the optical absorption appears mostly in the ultra-violet region and the curve of refractive index shift toward high energies (blue shift) with pressure increasing.     

掺杂BaHfO3电子结构与力学性能的第一性原理研究

在广义梯度近似（GGA）下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了掺杂对BaHfO3的电子结构与力学性能的影响．电子结构计算表明：优化的BaHfO3晶格常数与实验值吻合较好,BaHfO3为一种间接带隙的绝缘体材料．掺杂Sr和Ti后该材料仍为间接带隙材料,Ba0.5Sr0.5HfO3的带隙增大,绝缘体特征增强,而BaHf0.5Ti0.5O3的带隙显著减小,呈现出半导体材料的特征．由态密度分析可知,掺杂后带隙的变化主要是由于导带底的移动造成的．力学性能分析表明：与BaHfO3相比,Ba0.5Sr0.5HfO3的剪切模量和杨氏模量均明显减小,材料硬度减弱;BaHf0.5Ti0.5O3的剪切模量及杨氏模量均明显增大,材料硬度增强．电子密度分布分析揭示了掺杂改变体系价电子浓度的分布情况,使BaHfO3的价健特性发生了变化,这是材料硬度改变的内在原因．可见,掺杂能够有效地调控体系的硬度,该研究结果为掺杂BaHfO3力电材料的设计与应用提供了理论依据．     

First-principles study of new half Heusler for optoelectronic applications

We report investigations of the structural, electronic and optical properties of 36 half-Heusler compounds in comparison with II–VI semiconductors using the first-principles calculations based on the density functional theory. In this work, we demonstrate the similarity in the electronic structure of these materials with that of II–VI semiconductors through the analysis of lattice parameters, band gaps and static dielectric constants at ambient pressure. The evolution of these properties under pressure is also necessary to predict new candidates for the optoelectronic devices.