点缺陷对单层MoS2电子结构及光学性质的影响研究

采用基于第一性原理的贋势平面波方法,对不同类型点缺陷单层MoS2电子结构、能带结构、态密度和光学性质进行计算。计算结果表明：单层MoS2属于直接带隙半导体,禁带宽度为1.749ev,V-Mo缺陷的存在使得MoS2转化为间接带隙Eg=0.671eV的p型半导体,V-S缺陷MoS2的带隙变窄为Eg=0.974eV,S-Mo缺陷的存在使得MoS2转化为间接带隙Eg=0.482eV; Mo-S缺陷形成Eg=0.969eV直接带隙半导体,费米能级上移靠近价带。 费米能级附近的电子态密度主要由Mo的4d态和s的3p态电子贡献。光学性质计算表明：空位缺陷对MoS2的光学性质影响最为显著,可以增大MoS2的静态介电常数、折射率n0和反射率,降低吸收系数和能量损失。     

闪锌矿结构AlSb空位缺陷性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的平面波超软赝势方法，计算含有锑空位和铝空位的电子结构，发现空位引起周围原子弛豫，晶体结构发生畸变。在此基础上研究了空位缺陷对闪锌矿型AlSb体系电子结构的影响，结果表明，铝空位缺陷使锑化铝费米能级降低，带隙变窄；而锑空位缺陷则使锑化铝费米能级升高，带隙变窄，同时，锑化铝的半导体类型由p型变为n型。对光学性质的研究发现，由于空位的引入使其邻近原子电子结构发生变化，使得空位缺陷系统光学性质的变化主要集中在低能量区域。     

闪锌矿结构AlSb空位缺陷性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的平面波超软赝势方法,计算含有锑空位和铝空位的AlSb电子结构,发现空位引起周围原子弛豫,晶体结构发生畸变.在此基础上研究了空位缺陷对闪锌矿型AlSb体系电子结构的影响,结果表明,铝空位缺陷使锑化铝费米能级降低,带隙变窄;而锑空位缺陷则使锑化铝费米能级升高,带隙变窄,同时,锑化铝的半导体类型由p型变为n型.对光学性质的研究发现,由于空位的引入使其邻近原子电子结构发生变化,使得空位缺陷系统光学性质的变化主要集中在低能量区域.     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小,Si/SiO2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（ LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si／SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815～2.580nm的Si层厚度范围内, Si／SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si／SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小, Si／SiO2界面吸收系数产生了蓝移; O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si／SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si／SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

金红石型TiO2点缺陷性质的第一性原理研究

本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了金红石相TiO2点缺陷的电子性质,结果表明氧空位缺陷使晶体的费米能量升高,在能隙中没有产生杂质能级.钛空位缺陷使晶体的费米能量降低,并在价带顶部产生了一个杂质能级,与价带顶能量相差约0.4 eV.本文还计算了金红石相TiO2在具有氧空位和钛空位点缺陷情况下的键长变化、态密度和电荷布居状况.     

Ce和O空位共掺杂TiO_2的电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论加U的计算方法,研究了Ce和O空位单(共)掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构和光吸收性质.计算结果表明,Ce和O空位共掺杂TiO_2的带隙中出现了杂质能级,且带隙窄化为2.67 eV,明显比纯TiO_2和Ce,O空位单掺杂TiO_2的要小,因而可提高TiO_2对可见光的响应能力,使TiO_2的光吸收范围增加.光吸收谱显示,掺杂后TiO_2的光吸收边发生了显著红移;在400.0—677.1 nm的可见光区,共掺杂体系的光吸收强度显著高于纯TiO_2和Ce单掺杂TiO_2,而略低于O空位单掺杂TiO_2.此外,Ce掺杂TiO_2中引入O空位后,TiO_2的导带边从-0.27 eV变化为-0.32 eV,这表明TiO_2的导带边的还原能力得到了加强.计算结果为Ce和O空位共掺杂TiO_2在可见光光解水方面的进一步研究提供了有力的理论依据.     

分子空位缺陷对环三亚甲基三硝胺含能材料几何结构、电子结构及振动特性的影响

含能材料中的微观缺陷是导致“热点”形成并相继引发爆轰的重要因素. 然而, 由于目前人们对材料内部微观缺陷的认识不足, 限制了对含能材料中“热点”形成微观机理的理解, 进而阻碍了含能材料的发展和应用. 为了洞悉含能材料内部微观缺陷特性及探索缺陷引发“热点”的形成机理, 利用第一性原理方法研究了分子空位缺陷对环三亚甲基三硝胺(RDX) 含能材料的几何结构、电子结构及振动特性的影响, 探讨了微观缺陷对初始“热点”形成的基本机理. 采用周期性模型分析了分子空位缺陷对RDX几何结构、电子能带结构、电子态密度及前线分子轨道的影响. 采用团簇模型分析了分子空位缺陷对RDX振动特性的影响. 结果发现, 分子空位缺陷的存在使其附近的N–N键变长, 分子结构变得松弛; 使导带中很多简并的能级发生分离, 电子态密度减小, 并使由N-2p和O-2p轨道形成的导带底和价带顶均向费米面方向移动, 降低了能带隙值, 增加了体系活性. 前线分子轨道及红外振动光谱的计算分析表明, 分子缺陷使最高已占分子轨道电荷主要集中在缺陷附近的分子上, 且分子中C–H键和N–N键能减弱. 这些特性表明, 分子空位缺陷的存在使体系能带隙变小, 并使缺陷附近的分子结构松弛, 电荷分布增多, 反应活性增强; 在外界能量激发下, 缺陷附近分子将变得不稳定, 分子中的C–H键或N–N键较易先发生断裂, 发生化学反应释放能量, 进而成为形成“热点”的根源.     

Effects of partial hydrogenation and vacancy defects on the electronic properties of metallic carbon nanotubes

Using first-principles calculations based on spin-polarized density functional theory, we investigate the electronic properties of metallic carbon nanotubes (MCNTs) with partial hydrogenation or vacancy defects. The calculated results show that the energy band structures of MCNTs strongly depend on the adsorption site or the vacancy-defect site. Interestingly, our results show the nonmagnetic semiconducting behavior of MCNTs in the case of balanced H adsorption or vacancy defects. However, the MCNTs exhibit magnetic metallic behavior in the case of imbalanced H adsorption or vacancy defects, and the energy band structure of MCNTs shows the appearance of a spin-polarized flat band near the Fermi level. This effect presents a possibility for spintronic device and semiconducting molecular wire applications.     

Influencing range of vacancy defects in zigzag single-walled carbon nanotubes

The influencing range of a vacancy defect in a zigzag single-walled nanotube is characterized with both structural deformation and variation in bandstructure. This paper proposes a microscopic explanation to relate the structural deformation to the bandstructure variation. With an increasing defect density, the nanotubes become oblate and the energy gap between the deep localized gap state and the conducting band minimum state decreases. Theoretical results shed some light on the local energy gap engineering via vacancy density for future potential applications.     

Electronic Structures of Wurtzite GaN with Ga and N Vacancies

The electronic band structures of wurtzite GaN with Ga and N vacancy defects are investigated by means of the first-principles total energy calculations in the neutral charge state. Our results show that the band structures can be significantly modified by the Ga and N vacancies in the GaN samples. Generally, the width of the valence band is reduced and the band gap is enlarged. The defect-induced bands can be introduced in the band gap of GMV due to the Ga and N vacancies. Moreover, the GaN with high density of N vacancies becomes an indirect gap semiconductor. Three defect bands due to Ga vacancy defects are created within the band gap and near the top of the valence band. In contrast, the N vacancies introduce four defect bands within the band gap. One is in the vicinity of the top of the valence band, and the others are near the bottom of the conduction band. The physical origin of the defect bands and modification of the band structures due to the Ga and N vacancies are analysed in depth.     

A first-principles theoretical simulation on the electronic structures and optical absorption properties for O vacancy and Ni impurity in TiO2 photocatalysts

The band structures and optical absorption spectra of O vacancy and Ni ion doped anatase TiO₂ were successfully calculated and simulated by a plane wave pseudopotential method based on density functional theory (DFT). From the calculated results, a phenomenon of “impurity compensation” was found: the lower formation energy for O vacancy than Ni impurity indicated that introducing the intrinsic defect of O vacancy into Ni ion doped TiO₂ sample was very possible; the positive binding energy for the combination of O vacancy and Ni impurity indicated that two defects were apt to bind to each other; While Ni impurity produced the donor levels in the forbidden band of TiO₂, Ni impurity with O vacancy produced the acceptor levels upon which the excitation led to the photogenerated electrons with high energy and transferability. The combination of absorption spectra for O vacancy and Ni impurity with O vacancy models could reproduce the experimental measurement very well.     

碲镉汞材料中Hg空位缺陷的第一性原理研究

利用基于第一性原理的全电子势线性缀加平面波方法计算了在碲镉汞材料中Hg空位所引起的晶格弛豫以及空位对周围原子成键机制的影响.通过成键过程中电荷密度的变化以及电荷转移的讨论，论述了碲镉汞材料Hg空位引起的弛豫以及这种弛豫产生的主要原因.通过态密度的计算和分析，发现Hg空位的形成将导致第一近邻阴离子Te的5s态能量向高能端移动了055eV，并借助Te 5s态电荷密度与成键电荷密度的计算结果，分析了引起该能态能量平移的主要原因.通过带边态密度变化以及Kohn-Sham(KS)单电子能级的计算和分析，得出了Hg 关键词： 碲镉汞 Hg空位 线性缀加平面波方法     

Effects of various defects on the electronic properties of single-walled carbon nanotubes: A first principle study

The geometries,formationenergies and electronic band structures of （8, 0） and （14, 0） singlewailed carbon nanotubes （SWCNTs） with various defects, inehlding vaeaney, Stone-Wales defect, and octagon pentagon pair defect, have been investigated within the framework of the density- huictional theory （DFT）, and the influence of the concentration within the same style of deflect on the physical and chenfical properties of SWCNTs is also studied. The results suggest that the existeilcc of vacancy and octagon-pentagon pair deflect both reduce the band gap, whereas the SW- defect induces a band gap opening in CNTs. More int, erestingly, the band gaps of （8, 0） and （14, 0） SWCNTs eonfigurations with two octagon pentagon pair defect presents 0.517 eV and 0.163/eV, which arc a little smaller than the perfectt CNTs. Furthermore, with the concentration of defects increasing, there is a decreasing of band ga.p making the two types of SWCNTs change from a semiconductor to a metallic conductor.     

GaN中与C和O有关的杂质能级第一性原理计算

用局域密度泛函线性丸盒轨道大型超原胞方法(32个原子),对纯纤锌矿结构的GaN用调节计算参数(如原子球与“空球”的占空比)在自洽条件下使Eg的计算值(323eV)接近实验值(35eV).然后以原子替代方式自洽计算杂质能级在Eg中的相对位置.模拟计算了六角结构GaN中自然缺陷以及与C和O有关的杂质能级位置,包括其复合物.计算结果表明,单个缺陷如镓空位VGa、氮空位VN、氧代替氮ON、炭代替氮CN、炭代替镓CGa等与已有的计算结果基本一致.计算结果表明杂质复合物会导致单个杂质能级位置的相对变化.计算了CNON,CGaCN,CNOV和CGaVGa,其中CNON分别具有深受主与浅施主的特征,是导致GaN黄光的一种可能的结构. 关键词： GaN 杂质能级 电子结构     

Electronic Structure and Optical Property Calculation of an Oxygen Vacancy in NH_4H_2PO_4 Crystals

The electronic structure of perfect ammonium dihydrogen phosphate(ADP) and defective ADP with an oxygen(O) vacancy are calculated by screened-exchange hybrid density functional HSE06. The optimized structural parameters of the defective ADP crystal are analyzed. The PO_4 tetrahedron with an O vacancy is distorted and its symmetry is broken. The band gap of the defective ADP with an O vacancy is about 1.5 eV lower than the perfect ADP, which is due to the new O vacancy defect states near the valence band maximum. Moreover, more peaks appear in the low-energy region(lower than 6 eV) in the curves of the linear optical properties for the defective ADP. The results indicate that the O vacancy will significantly influence the laser damage performance of ADP crystals.     

空位浓度对纤锌矿BN电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

本文采用了第一性原理研究了空位缺陷纤锌矿BN的电子结构和光学性质.通过对能带结构、态密度分析发现：缺陷体系由于B、N的缺失,费米能级附近出现杂质能级.相较于本征体系,随着空位浓度增加,杂质能级变多,跃迁能量减小. N空位缺陷的纤锌矿BN态密度总体向低能区移动,且能级相较于B空位缺陷的纤锌矿BN明显增多.从复介电函数和光学吸收谱分析中发现,随着空位浓度的增加,缺陷体系纤锌矿BN在可见光区域的吸收逐渐增强.尤其是B₂₂N₂₄在可见光区域出现的吸收效果更好.     

六方AlN本征缺陷的第一性原理研究

用基于密度泛函理论平面波赝势法首先对六方AlN本征点缺陷(氮空位、铝空位、氮替代铝、铝替代氮、氮间隙、铝间隙)存在时的晶格结构进行优化，得到其稳定结构；然后通过各缺陷形成能的计算可得知其在生长过程中形成的难易程度；最后从态密度的角度对各种本征点缺陷引起的缺陷能级及电子占据情况进行了分析.发现除氮空位外其他本征缺陷在带隙中形成的能级都很深，要得到n型或p型AlN必须要引入外来杂质.计算得到的本征缺陷能级对于分析AlN的一些非带边辐射机理有重要帮助. 关键词： 六方AlN 形成能 缺陷能级 态密度     

ZnS掺Ag与Zn空位缺陷的电子结构和光学性质

本文基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,对ZnS闪锌矿结构本体、掺入p型杂质Ag和Zn空位超晶胞进行结构优化处理. 计算了三种体系下ZnS材料的电子结构和光学性质,并从理论上给出了p型ZnS难以形成的原因. 详细分析了其平衡晶格常数、能带结构、电子态密度分布和光学性质.结果表明:在Ag掺杂与Zn空位ZnS体系中,由于缺陷能级的引入,禁带宽度有所减小,在可见光区电子跃迁明显增强. 关键词： 硫化锌 缺陷 电子结构 光学性质     

KDP晶体中点缺陷Na取代K的电子结构研究

对磷酸二氢钾(KDP)晶体中Na取代K点缺陷的几何结构及电子结构进行了第一性研究。计算的形成能约为0.46 eV,因此在KDP晶体中此类缺陷比较容易形成。Na取代K以后没有在带隙中形成缺陷态,但在价带中引入两个占据态。它们分别位于费米面以下49 eV和21.5 eV处,这两个占据态分别由Na原子的s和p轨道形成。相对于K来说,由于它们位于价带深处,具有很低的能量,因此Na在KDP中比K稳定。Na在KDP晶体中与周围氧原子的重叠布居仅为0.09, 故它不与主体原子发生共价作用,仅以静电库仑力影响周围原子,此缺陷周围晶格仅发生微小畸变。