Mg2Si:Fe 电子结构及磁性的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了Mg_2Si:Fe体系的电子能带结构、态密度和磁性.结果表明:掺入的Fe原子优先占据晶格中的空隙位,也可能代替晶格中的Mg位.从能带结构和态密度可以看出,当Fe原子位于晶格中空隙位时,系统显示出金属性;当Fe占据Mg位置时,对于自旋向上电子态,体系有一带隙存在,系统呈现明显的半导体特性;对于自旋向下电子态,Fe的替位掺杂在该体系内引入新的杂质能级,杂质能级与导带价带分离,且100%自旋极化.两种位置的杂质,上自旋电子和下自旋电子的态密度均明显不对称,诱导出铁磁性,且铁磁性主要由于Fe的3d态电子诱导产生.Fe位于空隙位时,Fe原子的磁矩为1.69μB;Fe占据Mg位时,Fe原子的磁矩为1.38μB,说明原子磁矩与其所占位置和配位情况有关.     

半导体超晶格

 半导体、大家都很熟悉了,而半导体超晶格则是个新生事物,要对它做个简单介绍还得从半导体的导电性说起.我们都知道,物质是由原子组成,原子的中心是原子核,周围有电子绕核运动.对于孤立的原子(即当原子间的距离很大,原于之间的相互作用可以忽略不计时),其电子的能量只能取一些分立的值,即量子化的能级.当原子间的距离减小形成晶格时,最外层电子,即决定元素化合价的价电子,已经不再只属于某一个原子,而为整个晶体所共有,其原来的能级扩展为能带.     

用玻尔理论统一处理氢原子、电子偶素和氦原子基态能级

用玻尔氢原子理论处理氢原子和电子偶素基态的方法,在假定了氦原子基态的经典模型后,给出了氦原子基态能级和半径,并与实验和量子力学变分法计算的结果作比较,说明玻尔氢原子理论对氦原子基态能级的计算有一定的意义.     

用玻尔理论统-处理氢原子、电子偶素和氦原子基态能级

用玻尔氢原子理论处理氢原子和电子偶素基态的方法，在假定了氦原子基态的经典模型后，给出了氦原子基态能级和半径，并与实验和量子力学变分法计算的结果作比较，说明玻尔氢原子理论对氦原子基态能级的计算有一定的意义．     

分子轨道理论

量子力学的奠基人、伟大的物理学家尼尔斯·玻尔在讨论原于中电子运动的规律时,用量子化条件确定电子运动的轨道,从而确定了电子的能级.当电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时,原子放出或吸收光子.这正是玻尔划时代的原子结构理论[1].在量子力学诞生以后,讨论原子和分子结构时,用     

Rb吸附石墨烯纳米带电子性质和光学性质的研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法了计算了Rb、O和H吸附石墨烯纳米带的差分电荷密度、能带结构、分波态密度和介电函数,调制了石墨烯纳米带的电子性质和光学性质,给出了不同杂质影响材料光学特性的规律.结果表明本征石墨烯纳米带为n型直接带隙半导体且带隙值为0.639 eV;Rb原子吸附石墨烯纳米带之后变为n型简并直接带隙半导体,带隙值为0.494eV;Rb和O吸附石墨烯纳米带变为p型简并直接带隙半导体,带隙值增加为0.996eV;增加H吸附石墨烯纳米带后,半导体类型变为n型直接带隙半导体,且带隙变为0.299eV,带隙值相对减小,更有利于半导体发光器件制备.吸附Rb、O和H原子后,石墨烯纳米带中电荷密度发生转移,导致C、Rb、O和H之间成键作用显著.吸附Rb之后,在费米能级附近由C-2p、Rb-5s贡献;增加O原子吸附之后,O-2p在费米能级附近贡献非常活跃,杂化效应使费米能级分裂出一条能带;再增加H原子吸附之后,Rb-4p贡献发生蓝移,O-2p在费米能级附近贡献非常强,费米能级分裂出两条能带.Rb、O和H的吸附后,明显调制了石墨烯纳米带的光学性质.     

中国量子场论研究的初期

量子力学是微观物理的基本理论。它的建立是物理学中划时代的成就。1925年Heisenberg和1926年Schrodinger的工作奠定了量子力学的基础。这个理论开始时被应用于原子的能级。在这类工作中电子满足量子力学,电磁场则仍是经典的。这样的理论虽然很好地给出了氢原子的能级公式,但是它不能反映光的量子性。人们立刻认识到,它不能计算光电效应和原子的自发辐射这类包含光子的消灭和产生的问题。因此量子力学的先驱们很快就着手研究场的量子理论。这导致量子场论的建立。     

石墨烯纳米片电子结构和量子输运特性第一原理研究

用基于密度泛函理论的原子紧束缚方法计算研究单层石墨烯纳米圆片和纳米带的电子结构,并结合第一原理和非平衡函数法计算量子输运特性.通过电子能态和轨道密度分布研究纳米碳原子层的电子成键状态,结合电子透射谱、电导和电子势分布分析电子散射与输运机制.石墨烯纳米带和纳米圆片分别呈现金属和半导体的能带特征,片层边缘上电极化分别沿垂直和切向方向,电子电导出现较大的差异,来源于石墨烯纳米圆片边缘的突出碳原子环对电子的强散射.石墨烯纳米带的电子透射谱表现为近似台阶式变化并在费米能级处存在弹道电导峰,而石墨烯纳米圆片的电子能带和透射谱在费米能级处开口并且因量子限制作用呈现更加离散的多条高态密度窄能带和尖锐谱峰.     

超高速撞击2A12铝过程中铝原子的光谱辐射特征

为了揭示超高速撞击2A12铝中铝原子的光谱辐射特征,利用建立的二级轻气炮加载系统和光谱仪采集系统,采集3种不同实验条件下的光谱辐射强度并结合量子力学对2A12铝靶中铝原子的能级理论进行了描述。在Al原子球形壳层中发现,电子的相对几率4πr2R2随相对原子中心的距离r变化的图形具有波动性的特点,电子在能级及其附近运动;原子核周围的电子在能级轨道出现的几率最大,电子在能级轨道周围出现的几率较小;Al的原子光谱都出现一定的展宽,验证了电子的能级跃迁释放或吸收能量的几率亦随原子中电子的位置波动变化。实验结果还表明:随着碰撞速度的增大,在Al原子光谱中波长较小谱线的辐射强度增加较快,波长较长谱线的辐射强度增加缓慢。     

半导体中的杂质能级

分析了杂质原子在半导体中的成键情况,我们在一般能带波函数中混入部分分子型局域波函数,从而得到带有修正项的有效质量方程。在简单能带结构情况下,我们讨论了电离能与原子性质的关系,及由浅能级向深能级的转化。进而分析了由于Ge、Si中导带各极值所产生的谷轨道分裂。对浅能级,由于键间相互作用,电离能可以有相对较大的修正,但波函数却变化很小,这与电子自旋共振超精细结构的实验结果一致。 关键词：     

锐钛矿相和金红石相Nb:TiO_2电学性质的GGA(+U)法研究

采用基于密度泛函理论第一性原理GGA和GGA+U相结合的方法研究了不同掺杂浓度下锐钛矿相和金红石相Nb:TiO2的晶体结构、电子结构以及稳定性.结果表明:锐钛矿相Nb:TiO2能带结构与简并半导体类似,呈类金属导电机理.金红石相Nb:TiO2呈半导体导电机理.Nb原子比Ti原子电离产生出更多的电子.锐钛矿相Nb:TiO2中Nb原子的电离率比金红石相Nb:TiO2的大.以上结果说明锐钛矿相Nb:TiO2比金红石相Nb:TiO2更适宜用作TCO材料;掺杂浓度对其杂质能级,费米能级和有效质量都有影响.Nb原子掺杂浓度越高,材料电离率呈降低趋势;形成能计算结果显示:在富钛条件下不利于Nb原子的掺杂,而在富氧条件下有利于Nb原子的掺杂.对于金红石相和锐钛矿相Nb:TiO2,不论是在贫氧或富氧条件下,随着Nb原子掺杂浓度的提高,形成能均增大.     

In掺杂ZnTe发光性能的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理对In掺入ZnTe半导体后引入的各种缺陷进行了结构优化、 能带和态密度分析及转换能级的计算. 计算结果表明: 掺杂后体系中主要存在两种缺陷, 一种是In原子替换了Zn原子的置换型缺陷; 另一种是由In替换Zn后再与临近的Zn空位形成的复合缺陷. 二者分别在导带底下方0.26 eV和价带顶上方0.33 eV的位置形成各自的转换能级. 电子在这两个转换能级之间跃迁辐射出的能量大小与实验测量到的能量大小相符, 解释了原本发绿光的ZnTe在掺入In后发出近红外光的根本原因. 关键词： ZnTe 半导体掺杂 近红外光 第一性原理     

半导体电子态理论简介(Ⅰ)

随着半导体技术和实验手段的发展,半导体理论也相应地得到了发展.早在六十年代,回旋共振和磁光吸收以及半导体浅杂质研究的同时,产生了半导体有效质量理论[1,2].它不仅弄清了半导体能带结构的细节(如导带极小的位置,价带形状的各向异性,有效质量等等),而且能定量地解释了半导体中浅施主、受主能级位置和性质,磁能级等实验结果.七十年代,表面实验技术,包括各种分析测试手段(如低能电子衍射,光电子谱仪等)使人们对半导体表面结构(弛豫、重构),原子吸附,表面、界面电子态等进行了研究.与此同时。半导体中深杂质态性质的研究(包括深能级瞬态谱、…     

电致发光加速层二氧化硅的电子高场迁移率

根据非晶态半导体的能带理论，讨论了分层优化薄膜电致发光方案中非晶二氧化硅加速层中的电子在高电场中的输运行为.研究结果表明：在高电场下，由于电场的存在降低了陷阱之间的平均势垒高度.在费密能级附近处的杂质及缺陷定域态和导带尾定域态中，电子的输运主要表现为电场增强的热辅助式跳跃传导；而在导带扩展态中，电子的输运仍像晶态半导体那样表现为共有化运动.此外，以实验数据为基础，计算出了非晶二氧化硅中电子的迁移率、最小金属电导率、导带迁移率边界状态密度及费密能级处的状态密度. 关键词：     

电子、X光和固体的相互作用(Ⅰ)

近十多年来,随着透射电镜、扫描电镜、电子探针、俄歇电子谱仪、X光电子谱仪等现代分析仪器的蓬勃发展,电子、X光和固体的相互作用的研究获得了有力的推动,取得了新的进展,得到了更广泛的应用. 电子、X光和固体的作用内容很广,本文要讨论的是上述分析仪器中经常出现的物理过程,主要是电子、X光和固体中原子或集体运动(晶格振动、等离子振荡)之间的元散射过程,固体被激发以后的弛豫过程(X光发射及俄歇电子发散等)。 一、原子的能级和固体的能带 为了下面讨论的需要,先介绍原子能级和固体能带的有关概念。 原子中电子的能级可以用相对论量子…     

近代物理讲座第十讲 半导体中的能带与能级

为什么金属与绝缘休起不到半导体的作用?为什么各种半导体材料的性能有这样大的差异?要回答这些问题就需要了解半导体能带结构与金属及绝缘体有什么不同,也需要了解各种半导体的能带结构有什么特点. 不管用什么方法生长的半导体晶体,都不可能绝对纯净和完美无缺,总存在一些杂质与缺陷.杂质与缺陷会在半导体的禁带之中引入深浅不同的能级,浅能级与深能级都对半导体的性质有重要影响,但它们的性质与影响方面是很不一样的.本文扼要介绍半导体的能带结构与浅能级和深能级. 一、半导体能带结构的初步讨论 以硅为例来说明半导体能带结构的一些基本…     

Al和N共掺p型Zn1-xMgxO电子结构的第一性原理计算

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,对Zn1-xMgxO超晶胞和掺杂Al,N后的Zn1-xMgxO超晶胞分别进行了优化计算.结合广义梯度近似计算了Al和N共掺杂后Zn1-xMgxO的能带结构、电子态密度和Mulliken电荷布居分布.计算表明:掺入N原子的2p态电子为Zn1-xMgxO价带顶提供空穴载流子,使Zn1-xMgxO价带顶向高能方向移动;掺入Al原子的3p态电子则与N原子的2p态电子在费米能级附近发生轨道杂化,使费米能级处价带能级展宽,Al和N共掺杂可获得p型Zn1-xMgxO.     

稀土金属间化合物CeSn_3和CeIn_3的能带理论

本文报道了CeSn, 和Celn_3 的能带计算结果. 对其f 电子的行为, 以及f 电子与非f 原子的s, p , d 电子之间的杂化进行了讨论. 分析了费密能级附近的态密度分布及能带结构. 关键词：     

稀土金属间化合物CeSn3和CeIn3的能带理论

本文报道了CeSn₃和CeIn₃的能带计算结果。对其f电子的行为,以及f电子与非f原子的s,p,d电子之间的杂化进行了讨论。分析了费密能级附近的态密度分布及能带结构。 关键词：     

非晶态半导体的导电性

一、引 言 能带论是目前研究晶态固体中电子运动的主要理论,能带论的出发点是:固体中的电子不再束缚于个别的原子,而是在整个固体中做共有化运动.它是所谓“单电子理论”,就是说,各电子的运动基本上看做是相互独立的,每个电子是在一个具有晶格周期性的势场中运动,这个周期性势场包括了原子实以及其它电子的平均势场.能带论虽然是一个近似理论,但实际的发展证明,它对于晶态半导体是比较好的近似,可以作为分析其中电子运动规律的基础.概括起来,它的主要结论如下: (1)电子在周期性势场中运动的本征态波函数是布洛赫函数 周期函数.式中k是描述晶…