CeO2的电子结构，光学和晶格动力学性质：第一性原理研究

基于考虑了Ce-4f电子间的库仑作用U和交换作用J的LDA+U方案,应用第一性原理计算系统研究了CeO₂的电子结构,光学和晶格动力学性质.电荷密度和电子局域函数的分布特征表明,CeO₂是属于共价键的绝缘体.介电常数、玻恩有效电荷张量和声子色散曲线的计算值和相应的实验结果符合得比较好. 关键词： 电子结构 光学性质 晶格动力学 第一性原理计算     

Electronic structure and optical properties of Al and Mg co-doped GaN

The electronic structure and optical properties of Al and Mg co-doped GaN are calculated from first principles using density function theory with the plane-wave ultrasoft pseudopotential method.The results show that the optimal form of p-type GaN is obtained with an appropriate Al:Mg co-doping ratio rather than with only Mg doping.Al doping weakens the interaction between Ga and N,resulting in the Ga 4s states moving to a high energy region and the system band gap widening.The optical properties of the co-doped system are calculated and compared with those of undoped GaN.The dielectric function of the co-doped system is anisotropic in the low energy region.The static refractive index and reflectivity increase,and absorption coefficient decreases.This provides the theoretical foundation for the design and application of Al–Mg co-doped GaN photoelectric materials.     

Cu,O共掺杂AlN晶体电子结构与光学性质研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对纯Al N,Cu单掺杂以及Cu与O共掺杂Al N超胞进行了几何结构优化,计算了掺杂前后体系的晶格常数、能带结构、态密度与光学性质.结果表明:掺杂后晶格体积增大,系统能量下降;Cu掺入后Cu 3d电子与N 2p电子间有强烈的轨道杂化效应,Cu与O共掺后Cu和O之间的吸引作用克服了Cu原子之间的排斥作用,能够明显提高掺杂浓度和体系的稳定性.光学性质分析中,介电函数计算结果表明Cu与O共掺杂能改善Al N电子在低能区的光学跃迁特性,增强电子在可见光区的光学跃迁;复折射率计算结果显示Cu与O掺入后由于电磁波穿过不同的介质,导致折射率发生变化,体系对低频电磁波吸收增加.     

Structural,electronic,optical,and magnetic properties of Co-doped Cu_2O

We investigate the magnetic properties of Co-doped Cu_2O. We studied first the electronic and structural properties of Cu_2O using the optimization of the lattice constant which is 4.18 . The calculated gap is found between 0.825 eV and1.5 eV, these values are in good agreement with the experimental results. The Co atoms are inserted in Cu_2O by means of the density functional theory(DFT) using LSDA, LSDA +U, and LSDA + MBJ approximations in the WIEN2 k code, based on the supercell model by setting up 12, 24, and 48 atoms in(1×1 × 2),(1 × 2 × 2), and(2 × 2×2) supercells respectively with one or two copper atoms being replaced by cobalt atoms. The energy difference between the ferromagnetic and antiferromagnetic coupling of the spins located on the substitute Co has been calculated in order to obtain better insight into the magnetic exchange coupling for this particular compound. The studied compound exhibits stable integer magnetic moments of 2 μBand 4 μBwhen it is doped with 2 atoms of Co. Optical properties have also been worked out. The results obtained in this study demonstrate the importance of the magnetic effect in Cu_2O.     

First-principles calculations of optical properties of Mg2Pb

Based on the density functional theory(DFT),the electronic structures and optical properties of Mg2Pb are calculated by using the local density approximation(LDA)and plane wave pseudo-potential method.The calculation results show that the indirect band gap width of Mg2Pb is 0.02796 eV.The optical properties of Mg2Pb have isotropic characteristics,the static dielectric function of Mg2Pb is1(0)=10.33 and the refractive index is n0=3.5075.The maximum absorption coefficient is 4.8060×105cm 1.The absorption in the photon energy range of 25–40 eV approaches to zero,shows the optical colorless and transparent behaviors.     

Electronic structure and optical properties of Mg_xZn_(1-x)S bulk crystal using first-principles calculations

We perform the first-principles calculations within the framework of density functional theory to determine the elec- tronic structure and optical properties of MgxZnl-xS bulk crystal. The results indicate that the electronic structure and optical properties of MgxZnl_xS bulk crystal are sensitive to the Mg impurity composition. In particular, the MgxZnl-xS bulk crystal displays a direct band structure and the band gap increases from 2.05 eV to 2.91 eV with Mg dopant compo- sition value x increasing from 0 to 0.024. The S 3p electrons dominate the top of valence band, while the Zn 4s electrons and Zn 3p electrons occupy the bottom of conduction band in MgxZnl_xS bulk crystal. Moreover, the dielectric constant decreases and the optical absorption peak obviously has a blue shift. The calculated results provide important theoretical guidance for the applications of MgxZn1-xS bulk crystal in optical detectors.     

Electronic structures and optical properties of IIIA-doped wurtzite Mg0.25Zn0.75O

The energy band structures, density of states, and optical properties of IliA-doped wurtzite Mg0.25Zn0.75O （IIIA= A1, Ga, In） are investigated by a first-principles method based on the density functional theory. The calculated results show that the optical bandgaps of Mg0.25Zn0.75O：IIIA are larger than those of Mg0.25Zn0.75O because of the Burstein-Moss effect and the bandgap renormalization effect. The electron effective mass values of Mg0.25Zn0.75O：IIIA are heavier than those of Mgo.25Zno.750, which is in agreement with the previous experimental result. The formation energies of MgZnO：Al and MgZnO：Ga are smaller than that of MgZnO：In, while their optical bandgaps are larger, so MgZnO：Al and MgZnO：Ga are suitable to be fabricated and used as transparent conductive oxide films in the ultra-violet （UV） and deep UV optoelectronic devices.     

BaCoxZn2-xFe16O27六角铁氧体电子结构与介电特性的第一性原理研究

提出了W型六角铁氧体BaCo_xZn_2-xFe₁₆O₂₇的晶体结构模型,并通过基于密度泛函理论框架下Hubbard参数U修正的广义梯度近似密度泛函理论方法研究了该材料的基态电子结构、磁性和静电介电性特性.Co和Zn共掺杂引起BaFe₁₈O₂₇的导电性从半金属转换到半导体.BaCo_xZn_2-xFe₁₆O₂₇的能隙随x增加而增加,品格常数和原胞磁矩随之而变小.介电常数计算表明,BaCo_xZn_2-xFe₁₆O₂₇的静电介电常数随x增加而增加,在6.2—7.2范围而且显示各向异性.Bom电荷计算分析表明Co和Zn本身极化对材料的介电常数和其各向异性影响不大.     

闪锌矿GaN弹性性质、电子结构和光学性质外压力效应的理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)下的RPBE和局域密度近似(LDA)的CA-PZ交换-关联泛函对闪锌矿结构的GaN在高压的性质进行了系统研究. 计算结果表明:弹性常数、体模量、杨氏模量和能隙都具有明显的外压力效应,计算结果与实验值和理论值很好的符合. 同时利用计算的能带结构和态密度系统分析了GaN的介电函数、折射率、反射率、吸收系数和能量损失函数等光学性质及其外压力效应. 分析结果为GaN的设计与应用提供了理论依据. 关键词： 第一性原理计算 电子结构 光学性质 闪锌矿GaN     

Si基外延Ru2Si3电子结构及光学性质研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法,对异质外延关系为Ru₂Si₃ （100）//Si（001）,取向关系为Ru₂Si₃［010］//Si［110］正交相的Ru₂Si₃平衡体系下的能带结构、态密度和光学性质等进行了理论计算.计算结果表明：当晶格常数a取值为1093 nm时,正交相Ru₂Si₃处于稳定状态并且是具有带隙值 关键词： 外延 第一性原理 电子结构 光学性质     

锐钛矿相和金红石相TiO2:Nb的光电性能研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了锐钛矿相和金红石相TiO₂:Nb的晶体结构、电子结构和光学性质. 结果表明, 在相等的摩尔掺杂浓度下(6.25%), 锐钛矿相TiO₂:Nb的导带底电子有效质量小于金红石相TiO₂:Nb, 且前者室温载流子浓度是后者的两倍左右, 即具有更大的施主杂质电离率, 从而解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb具有更优异电学性能的实验现象. 光学计算也表明锐钛矿相在可见光区有更大的透过率, 从而在理论上解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb更适于做透明导电材料的原因. 计算结果与实验数据能较好符合. 关键词： 2:Nb')" href="#">TiO₂:Nb 第一性原理 电子结构 光学性能     

OsSi2电子结构和光学性质的研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对正交相OsSi₂的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明它是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0813 eV;其价带主要由Os的5d和Si的3p态电子构成;导带主要由Si的3s,3p以及Os的5d态电子构成;静态介电常数ε₁（0）=1543; 折射率n＝393并利用计算的能带结构和态密度分析了OsSi₂的介电函数、吸收系数、折射率、反射率、 关键词： 2')" href="#">OsSi₂ 第一性原理 电子结构 光学性质     

Na_2Ge_2Se_5电子结构和光学性质的第一性原理研究

Na_2Ge_2Se_5是一种优异的红外非线性晶体材料.采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法对Na_2Ge_2Se_5进行结构优化,并以此为基础计算研究了Na_2Ge_2Se_5的电子结构和光学性质.结果表明:Na2Ge2Se5是宽禁带间接带隙半导体,价带至导带的电子跃迁主要来自于Ge和Se的48,4p态;Na对光学性质的贡献较小,Ge和Se之间的相互耦合作用决定了Na_2Ge_2Se_5的光学性质;该晶体在紫外区有强烈的反射和吸收,静态折射率为2.133,双折射率值适中,为0.145.理论计算结果表明,Na_2Ge_2Se_5是一种性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

Electronic structures and optical properties of TiO2:Improved density-functional-theory investigation

TiO2 has been recently used to realize high-temperature ferromagnetic semiconductors.In fact,it has been widely used for a long time as white pigment and sunscreen because of its whiteness,high refractive index,and excellent optical properties.However,its electronic structures and the related properties have not been satisfactorily understood.Here,we use Tran and Blaha＇s modified Becke-Johnson（TB-mBJ） exchange potential（plus a local density approximation correlation potential） within the density functional theory to investigate electronic structures and optical properties of rutile and anatase TiO2.Our comparative calculations show that the energy gaps obtained from mBJ method agree better with the experimental results than that obtained from local density approximation（LDA） and generalized gradient approximation（GGA）,in contrast with substantially overestimated values from many-body perturbation（GW） calculations.As for optical dielectric functions（both real and imaginary parts）,refractive index,and extinction coefficients as functions of photon energy,our mBJ calculated results are in excellent agreement with the experimental curves.Our further analysis reveals that these excellent improvements are achieved because mBJ potential describes accurately the energy levels of Ti 3d states.These results should be helpful to understand the high temperature ferromagnetism in doped TiO2.This approach can be used as a standard to understand electronic structures and the related properties of such materials as TiO2.     

TiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了小尺寸锐钛矿相(n,0)型TiO₂纳米管(D<16 Å)的几何构型、电子结构和光学性质. 结果表明: 随着管径增大, 体系单位TiO₂分子的形成能降低, 体系趋于稳定; 在管径14 Å左右, (n,0)型TiO₂纳米管会发生一次构型的转变. 能带分析显示, TiO₂纳米管的电子态比较局域化, 小管径下(D<14 Å)其导电性更好; 随着构型的转变, TiO₂纳米管由直接带隙转变为间接带隙, 并且带隙值随着管径的增大而增大, 这是由于π轨道重叠效应的影响大于量子限域效应所导致的结果. 两种效应的竞争, 使得TiO₂纳米管的介电函数虚部ε₂ (ω)谱的峰值位置随管径增大既可能红移也可能蓝移, 管径大于9 Å (即(8, 0)管)之后, TiO₂纳米管的光吸收会出现明显的增强. 关键词： 2纳米管')" href="#">TiO₂纳米管 第一性原理 电子结构 光学性质     

黑索金电子结构和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方法对黑索金晶体的电子结构和光学性质进行了计算. 结果表明: 黑索金是能隙值为3.43 eV的绝缘体, 价带主要由C, N和O的2s与2p态构成, 而导带主要由N-2p和O-2p态构成; 静态介电函数ε₁(0)=1.38, 介电常数的虚部有5个峰值, 其中最大峰值在光子能量4.59 eV处, 并对造成这些峰值的可能的电子跃迁做了详细分析. 利用能带结构和态密度分析了黑索金的光反射系数、吸收系数及能量损失函数等光学性质, 发现黑索金是对光吸收、反射及能量损失不敏感的材料. 关键词： 黑索金 第一性原理 电子结构 光学性质     

P掺杂硅纳米管电子结构与光学性质的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了P掺杂对单壁扶手型硅纳米管电子结构和光学性质的影响.结果表明:经过P掺杂,单壁扶手型硅纳米管的能带结构从间接带隙变为直接带隙,其价带顶主要由Si-3p态电子构成,导带底主要由Si-3p态电子和Si-3s态电子共同决定;同时通过P掺杂,使单壁扶手型硅纳米管的禁带宽度变窄,导电性增强,吸收光谱产生红移.研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础.     

缺陷黄铜矿结构Xga2S4 (X=Zn,Cd, Hg)晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理超软赝势方法对缺陷黄铜矿结构XGa₂S₄ (X=Zn, Cd, Hg)晶体的晶格结构、电学以及光学性质进行了对比研究. 分析比较了它们的晶格常数、键长、能带结构、态密度、介电函数、折射率和反射系数等性质, 并总结其变化趋势. 结果表明: 这三种材料的光学性质在中间能量区域(4 eV–10 eV)表现出较强的各向异性, 而在低能区域(<4 eV)和高能区域(>10 eV)各向异性较弱. ZnGa₂S₄和HgGa₂S₄两种材料的折射率曲线在等离子体频率ω_p处有一明显的拐点, 反射系数在ω_p处达到最大值后急剧下降. 三种晶体的强反射峰均处于紫外区域, 因此可以用作紫外光屏蔽或紫外探测材料. 关键词： 缺陷黄铜矿结构 电子结构 光学性质 第一性原理计算     

第一性原理方法研究N-Pr共掺杂ZnO的电子结构和光学性质

作为一种稳定性好、抗辐射能力强、原材料丰富的宽禁带半导体, ZnO在光催化的研究领域中成为热点材料,但是其仅能吸收可见光中的紫光,因此如何扩大ZnO对可见光的响应范围是一个值得研究的问题.掺杂改性是解决这个问题的常用方法.基于以上考量,本文应用第一性原理计算方法研究了N与Pr掺杂对ZnO的电子结构和光学性质的影响.研究结果表明:共掺体系比单掺体系更容易形成,且共掺体系的稳定性随Pr浓度的增加先增强后变弱;同一体系的最短Zn—O键与最长Zn—O键的布居数比例随杂质浓度的增大先增大后减小,说明杂质的掺入对体系的晶格畸变有很大的影响,有利于光生空穴-电子对的分离,从而提高材料的光催化活性. N 2p态与Pr 4f态发生杂化对晶体的完整性产生了破坏,在杂质原子周围形成晶场,造成能级劈裂,带隙减小;介电函数虚部的主峰位均向低能区域移动,吸收光谱中各掺杂体系发生红移,各共掺体系随着杂质原子Pr浓度的增加,在可见光区的响应范围依次扩大,吸收能力也依次增加,说明N与Pr的共掺杂对提高ZnO的光催化性是有利的.     

CaB6电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理的分子动力学方法系统地计算了温度为300K时CaB6基态的电子结构、态密度和光学性质.能带结构分析表明CaB6属于一种直接带隙半导体;其导带主要由Ca的3d态电子构成,价带主要由B的2p态电子构成,静态介电常数ε1(0)=7.8,折射率n(0)=2.8,吸收系数最大峰值为4.37×105...