两种Ge-Sb-Se薄膜的光学性质及微观结构

提出一种综合利用区域逼近法和柯西拟合法精确获取Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)薄膜和Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)薄膜透射光谱范围内任意波长处折射率与色散的多点柯西法,并从理论上证明了该方法的准确性.实验上,采用磁控溅射法制备了这两种Ge—Sb—Se薄膜,利用傅里叶红外光谱仪测得了透射光谱曲线,运用分段滤波的方法去除噪声,然后使用多点柯西法得到了这两种薄膜在500—2500 nm波段的折射率、色散、吸收系数和光学带隙.结果表明Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)薄膜的折射率和吸收系数大于Ge_(28)Sb_(15)Se_(65)薄膜, Ge_(28)Sb_(15)Se_(65)薄膜的光学带隙小于Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)薄膜.最后,利用拉曼光谱对两种薄膜的微观结构进行了表征,从原子之间的键合性质解释了这两种硫系薄膜不同光学性质的原因.     

S取代Se对Ge_(11.5)As_(24)Se_(64.5–x)S_x玻璃结构及光学性质的影响

本文制备了硫系玻璃Ge_(11.5)As_(24)Se_(64.5–x)S_x (x=0, 16.125%, 32.25%, 48.375%和64.5%)并研究了其光学性质,目的在于筛选可用于光学器件的最佳组分.通过测试该系列玻璃的激光损伤阈值、折射率、三阶非线性折射率以及吸收光谱,结果发现,玻璃中的Se被S原子逐渐替代后,玻璃的线性和三阶非线性折射率逐渐降低,玻璃光学带隙和激光损伤阈值不断升高.我们进一步利用拉曼散射光谱和高分辨率X射线光电子能谱研究导致这些物理性能变化的结构起源,通过分析玻璃中不同结构单元的演变过程,发现在这些玻璃网络结构中均以异极键(Ge—Se/S, As—Se/S)为主,且相对于Se而言, Ge和As优先与S结合成键.随着玻璃结构中S/Se比例的增加,与Se相关的化学键(Ge—Se,As—Se和Se—Se)数量逐渐减少, S相关化学键(Ge—S,As—S和S—S)数量逐渐增加,但这对玻璃的拓扑结构几乎没有影响.由此可以断定引起玻璃物理性质变化的主要原因是玻璃结构体系中各个化学键强度之间的差异.     

高压下β-BaCu_2S_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论方法对β-BaCu_2S_2的电子结构和光学性质进行了理论计算和分析.优化后的晶格常数与实验值符合良好.通过能带分析表明该晶体是一种直接带隙半导体,得出的带隙值为0.562 e V,与其他理论计算方法得出的结果接近.对介电函数的计算表明β-BaCu_2S_2是一种各向异性材料,随着压强的增大,介电函数虚部向高能区域移动,且峰值变高.计算所得静折射率的平方近似于静介电常数,与理论公式符合良好.随着压强的增加,晶体的光学常数如吸收系数、反射率、折射率和能量损失函数曲线均向光子能量增大的方向移动.研究表明加压是改变β-BaCu_2S_2晶体电子结构、调制光学性质的有效手段.     

新型硫族化合物在中红外非线性光学晶体方面研究进展

利用红外非线性光学晶体材料对已有的成熟的激光光源进行频率转换是获得3~5μm和8~12μm"大气窗口"红外激光的主要方法。传统的红外非线性光学晶体存在缺陷,不能满足应用要求,需要探索新型的红外材料。综述了以硫族化合物为研究对象,寻找新型中红外非线性光学晶体材料的研究进展。介绍了Li MQ2(M=Ga,In;Q=S,Se,Te),BaGa4S7,BaGa4Se7,BaGa2MQ6(M=Si,Ge;Q=S,Se)及Li2In2MQ6(M=Si,Ge;Q=S,Se)的研究进展。     

高压下稳态六方Ge2Sb2Te5结构、电子和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法研究了稳态六方petrov原子序列结构Ge2Sb2Te5的结构、电子和光学性质.计算所得的平衡态晶格参数与实验数据和先前的理论结果吻合很好.基态的能带结构和态密度表明了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5持有金属性.从压强影响下体积的变化趋势发现稳态六方Ge2Sb2Te5在17 GPa和34 GPa出现不稳定,暗示在此压强下的相变发生,这与2009年Krbal等人的实验结果相吻合.同时,还系统地研究了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5高压下的光学性质,得到了高压下介电函数、吸收率、光反射率、折射率、消光系数和电子能量损失谱在20 eV内的变化情况.     

高压下β-BaCu2S2电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论方法对β-BaCu2S2的电子性质和光学性质进行了理论计算和分析。优化后的晶格常数与实验值符合良好。通过能带分析表明该晶体是一种直接带隙半导体,得出的带隙值为0.562 eV,与其他理论计算方法得出的结果接近。对介电函数的计算表明β-BaCu2S2是一种各向异性材料,随着压强的增大,介电函数虚部向高能区域移动,且峰值变高。计算所得静折射率的平方近似于静介电常数,与理论公式符合良好。随着压强的增加,晶体的光学常数如吸收系数、反射率、折射率和能量损失函数曲线均向光子能量增大的方向移动。研究表明加压是改变β-BaCu2S2晶体电子结构、调制光学性质的有效手段。     

半导体材料AAl2C4(A=Zn, Cd, Hg; C=S, Se)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方法, 对具有缺陷型黄铜矿结构的半导体材料A^ⅡAl₂C₄^Ⅵ(A=Zn, Cd, Hg; C =S, Se)的构型和电子结构进行研究, 并系统考察了各晶体的光学性质. 对于线性光学性质, 五种晶体在红外区和部分可见光区具有良好的透光性能, 其中HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄晶体具有适中的双折射率. 在非线性光学性质方面, 该类晶体倍频效应较强, 理论预测得到的二阶静态倍频系数均较大(>20 pm/V). 体系的倍频效应主要来源于价带顶附近以S/Se 价p轨道为主要成分的能带向含有较多Al/Hg 价p成分的空带之间的跃迁. 通过与已商业化的AgGaC₂晶体光学性质的对比, 结果表明HgAl₂S₄和HgAl₂Se₄是一类性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

高压下稳态六方Ge2Sb2Te5结构、电子和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法研究了稳态六方petrov原子序列结构Ge2Sb2Te5的结构、电子和光学性质。计算所得的平衡态晶格参数与实验数据和先前的理论结果吻合很好。基态的能带结构和态密度表明了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5持有金属性。从压强影响下体积的变化趋势发现稳态六方Ge2Sb2Te5在17 GPa和34 GPa 出现不稳定,暗示在此压强下的相变发生,这与2009年Krbal等人的实验结果相吻合。同时,还系统地研究了稳态六方petrov原子序列结构的Ge2Sb2Te5高压下的光学性质,得到了高压下介电函数、吸收率、光反射率、折射率、消光系数和电子能量损失谱在20 eV内的变化情况。     

NaNO2晶体线性和非线性光学系数的计算

使用从头计算平面波赝势方法,计算了NaNO₂晶体电子能带结构,并使用改进的倍频公式计算了它的线性折射率和静态二级非线性系数,所得到的结果和实验值相符.采用实空间原子切割方法分析了阳离子和阴离子基团对光学性质的贡献.计算表明(NO₂)-基团对双折射率和倍频系数的贡献占主要地位,从而进一步验证了阴离子基团理论的正确性 关键词： 电子结构 非线性光学系数 从头计算方法     

NaNO_2晶体线性和非线性光学系数的计算

使用从头计算平面波赝势方法,计算了NaNO2晶体电子能带结构,并使用改进的倍频公式计算了它的线性折射率和静态二级非线性系数,所得到的结果和实验值相符.采用实空间原子切割方法分析了阳离子和阴离子基团对光学性质的贡献.计算表明(NO2)-基团对双折射率和倍频系数的贡献占主要地位,从而进一步验证了阴离子基团理论的正确性.     

First-principles calculations of nitrogen-doped antimony triselenide: A prospective material for solar cells and infrared optoelectronic devices

This study is focused on calculation of the electronic structure and optical properties of non-metal doped Sb2Se3 using the first-principles method. One and two N atoms are introduced to Sb and Se sites in a Sb₂Se₃ crystal. When one and two N atoms are introduced into the Sb₂Se₃ lattice at Sb sites, the electronic structure shows that the doping significantly modifies the bandgap of Sb₂Se₃ from 1.11 eV to 0.787 and 0.685 eV, respectively. When N atoms are introduced to Se sites, the material shows a metallic behavior. The static dielectric constants ε1(0) for Sb₁₆Se₂₄, Sb₁₅N₁Se₂₄, Sb₁₄N₂Se₂₄, Sb₁₆Se₂₃N₁, and Sb₁₆Se₂₂N₂ are 14.84, 15.54, 15.02, 18.9, and 39.29, respectively. The calculated values of the refractive index n(0) for Sb₁₆Se₂₄, Sb₁₅N₁Se₂₄, Sb₁₄N₂Se₂₄, Sb₁₆Se₂₃N₁, and Sb₁₆Se₂₂N₂ are 3.83, 3.92, 3.86, 4.33, and 6.21, respectively. The optical absorbance and optical conductivity curves of the crystal for N-doping at Sb sites show a significant redshift towards the short-wave infrared spectral region as compared to N-doping at Se sites. The modulation of the static refractive index and static dielectric constant is mainly dependent on the doping level. The optical properties and bandgap narrowing effect suggest that the N-doped Sb₂Se₃is a promising new semiconductor and can be a replacement for GaSb due to its very similar bandgap and low cost.     

Ge20Sb15Se65薄膜的热致光学特性变化研究

采用磁控溅射法制备了Ge₂₀Sb₁₅Se₆₅薄膜, 研究热处理温度(150—400 ℃)对薄膜光学特性的影响. 通过分光光度计、X射线衍射仪、显微拉曼光谱仪对热处理前后薄膜样品 的光学特性和微观结构进行了表征, 并根据Swanepoel方法以及Tauc公式分别计算了薄膜折射率色散曲线和光学带隙等参数. 结果表明当退火温度(T_a)小于薄膜的玻璃转化温度(T_g)时,薄膜的光学带隙(E_g^opt)随着退火温度的增加由1.845 eV上升至1.932 eV, 而折射率由2.61降至2.54; 当退火温度大于薄膜的玻璃转化温度时,薄膜的光学带隙随退火温度的增加由1.932 eV降至1.822 eV, 折射率则由2.54增至2.71. 最后利用Mott和Davis提出的非晶材料由非晶到晶态的结构转变模型对结果进行了解释, 并通过薄膜XRD和Raman光谱进一步验证了结构变化是薄膜热致变化的重要原因. 关键词： 20Sb₁₅Se₆₅薄膜')" href="#">Ge₂₀Sb₁₅Se₆₅薄膜 热处理 光学带隙 折射率     

Ba(Mg1/3Nb2/3)O3电子结构第一性原理计算及光学性能研究

Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃ (BMN)复合钙钛矿陶瓷具有高介电常数和高品质因子等介电性能, 预示了其在光学领域的应用前景. 本文采用第一性原理方法计算了BMN的电子结构, 对其本征光学性能进行分析和预测. 对固相合成六方相BMN的XRD 测试结果进行Rietveld精修(加权方差因子R_wp=6.73%, 方差因子R_p=5.05%), 在此基础上建立晶体结构模型并对其进行几何优化. 运用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法, 对六方相BMN晶体模型的能带、态密度和光学性质进行理论计算. 结果表明BMN的能带结构为间接带隙, 禁带宽度E_g=2.728 eV. Mg-O和Ba-O以离子键结合为主, Nb-O以共价键结合为主, 费米面附近的能带主要由O-2p和Nb-4d 态电子占据, 形成了d-p轨道杂化. 修正带隙后, 计算了BMN沿[100]和[001]方向上的复介电函数、吸收系数和反射率等光学性质. 结果表明, BMN近乎光学各向同性, 在可见光区, 其本征透过率为77%< T <83%, 折射率为1.91< n <2.14, 并伴随一定的色散现象. 实验测试结果与理论计算结果相吻合.     

Thin films of As2Se3 synthesized by spin-coating

Thin films of amorphous As₂Se₃ were synthesized by spin-coating a solution of an amine salt in thioacetamide on a thoroughly cleaned flat soda glass substrate. Films up to 0.68 μm thick were obtained. Electrical properties and optical absorption coefficient data were measured. The conductivity is of the same order of magnitude as those of evaporated and melt-quenched films. An exponential inverse-temperature law is observed for the variations in electrical conductivity. The optical absorption results indicate that the absorption edge of the synthesized a-As₂Se₃ films is due to an allowed direct transition of energy about 1.77 eV.     

Na_2CaSiO_4:Sm~(3+),Eu~(3+)荧光粉的发光特性和能量传递

利用高温固相法合成Na_2CaSiO_4:Sm~(3+),Eu~(3+)系列荧光粉末,研究了Sm~(3+)和Eu~(3+)掺杂对Na_2CaSiO_4晶体结构的影响、材料发光特性以及存在的能量传递现象.X射线衍射结果表明Sm~(3+)和Eu~(3+)单掺及共掺样品均为单相的Na_2CaSiO_4结构,晶体结构没有改变.Na_2CaSiO_4:Sm~(3+)荧光样品在404 nm激发波长下呈现峰峰值为602 nm的橙红色荧光,来源于~4G_(5/2)→~6H_(7/2)跃迁.Na_2CaSiO_4:Eu~(3+)荧光样品在395 nm激发波长下发射出峰峰值为613 nm的红色荧光.对光谱和荧光寿命的测试和分析结果表明Sm~(3+)与Eu~(3+)之间存在能量传递,通过理论计算得到Sm~(3+)和Eu~(3+)之间的能量传递临界距离为1.36 nm,相互作用形式为电四极-电四极相互作用.随着Eu~(3+)掺杂浓度的增加,能量传递效率也逐渐提高至20.6%.     

Neutron diffraction study of magnetic ordering in ErMn2Si2, ErMn2Ge2 and ErFe2Si2

Neutron diffraction study of polycrystalline compounds ErMn₂Si₂, ErMn₂Ge₂ and ErFe₂Si₂ was performed in the temperature range between 1.8 and 293 K. All compounds have tetragonal, ThCr₂Si₂-type crystal structure. The antiferromagnetic collinear structure of ErMn₂Si₂ and ErMn₂Ge₂ at both RT and LNT, consists of a sequence + - + - of ferromagnetic layers of Mn atoms. The magnetic moment of an Mn atom (≈2μ_B) is parallel to the c-axist. At low temperatures (LHT and lower), the ferromagnetic ordering within the Er sublattice is observed. The magnetic moment (μ_Er ≈ 9μ_B) is perpendicular to the c-axis. From the temperature dependence of the intensities of the magnetic peaks, the following values for the Curie temperatures were obtained: (10±5) K for ErMn₂Si₂ and (8.5±3) K for ErMn₂Ge₂. For ErFe₂Si₂ a collinear antiferromagnetic structure of the + - - + type was found, the magnetic unit cell consisting of the chemical one, doubled along the c-axis.     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4的电子结构与输运特性

采用基于密度泛函理论第一性原理方法, 研究了对称性为Pmn2₁的正交结构聚阴离子型硅酸盐Li₂FeSiO₄及其相关脱锂相LiFeSiO₄的电子结构, 并进一步采用玻尔兹曼理论对其输运性质进行计算. 电荷密度分析表明, 由于强Si–O共价键的存在使Li₂FeSiO₄晶体结构在嵌脱锂过程中始终保持稳定, 体积变化率只有2.7%. 能带结构与态密度计算结果表明, 费米能级附近的电子结构主要受Fe-d轨道中电子的影响, Li₂FeSiO₄ 的带隙宽度明显小于LiFeSiO₄, 说明前者的电子输运能力优于后者. 输运性质计算表明, 电导率在300–800 K时对温度的变化并不敏感, 同时也证明了Li₂FeSiO₄晶体的电导率大于LiFeSiO₄晶体, 与能带和态密度分析结论一致.     

红色荧光粉Na8.33 La1.67(SiO4)6 O2:Eu3+的制备及发光特性

采用高温固相法制备了Na_(8. 33)La_(1. 67)(SiO_4)_6O_2∶Eu~(3+)红色发光材料,利用X射线衍射仪测定其晶体结构,利用Hitachi F4600表征其发光光谱。在紫外光激发下,样品Na_(8. 33)La_(1. 67)(SiO_4)_6O_2∶Eu~(3+)呈多峰发射,分别对应于Eu~(3+)的~5D_0-~7F_j(j=0,1,2,3,4)能级跃迁,主峰是位于615 nm的~5D_0-~7F_2跃迁发射。研究了Eu~(3+)掺杂浓度对材料发光性质的影响,改变Eu~(3+)掺杂浓度,样品的发射强度随之改变,Na_(8. 33)La_(1. 67)(SiO_4)_6O_2∶Eu~(3+)材料的Eu~(3+)浓度为15%时,发光强度最大。讨论了浓度猝灭的机理,理论计算表明引起Eu~(3+)离子能量弥散的主要原因是离子间交换相互作用。     

Composition and thermal-induced effects on the optical constants of Ge20Se80−xBix thin films

 The effects of composition and thermal annealing near crystallization temperature, T_c on the optical and structural properties of Ge₂₀Se_80−xBi_x (x=0, 2.5, 5 and 7.5 at%) was investigated. The influence of incorporation Bi content in Ge₂₀Se_80−xBi_x system results in a gradual decrease in the indirect optical gap from 1.89 to 1.44 eV, this behavior can be explained as increased tailing. On annealing, the optical band gap E_g decreases gradually for the crystallized films while the refractive index increases, this behavior can be attributed to transformation from amorphous to crystalline and was explained in the light of dangling bond model. The refractive index n of as-prepared and annealed films has been analyzed according to the Wwmple–DiDominico single oscillator model and the values of E_o and E_d were determined. The effect of annealing on the nature and degree of crystallization has been investigated by studying the structure using transmission electron microscope, X-ray diffraction and scanning electron microscope.