Y-Cu共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Y和Cu单掺杂ZnO、Y-Cu共掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 计算结果表明, 在本文的掺杂浓度下, Y和Cu单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度, 从而改善ZnO的导电性, Y-Cu共掺时ZnO半导体进入简并状态, 呈现金属性. Y 掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收, 而Cu掺杂ZnO在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象, 其中由于Y离子和Cu离子之间的协同效应, Y-Cu共掺杂ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加, 因此Y-Cu共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件.     

Lu掺杂AlN的电子结构和光学性质的第一性原理研究

为了探索 AlN在光电器件中的潜在应用,采用第一性原理计算了不同 Lu掺杂浓度(以原子分数 x表示)的 AlN(Al_1-xLu_xN)的电子结构和光学性质。研究结果表明,Al_1-xLu_xN的超胞体积随着Lu掺杂浓度的增加而增加,而带隙则相反。Al_1-xLu_xN的静态介电常数在低能区随掺杂浓度的提高而提高,随后逐渐趋向一致。随着Lu掺杂浓度的增加,反射率和吸收系数的峰值强度降低,峰值向较低能量方向移动。Al_1-xLu_xN的能量损失光谱表现出明显的等离子体振荡特性,且峰值低于本征AlN。Al_1-xLu_xN的光电导率在低能区随能量的增加而急剧增加。     

Lu掺杂AlN的电子结构和光学性质的第一性原理研究

为了探索AlN在光电器件中的潜在应用,采用第一性原理计算了不同Lu掺杂浓度(以原子分数x表示)的AlN(Al_1-xLu_xN)的电子结构和光学性质。研究结果表明,Al_1-xLu_xN的超胞体积随着Lu掺杂浓度的增加而增加,而带隙则相反。Al_1-xLu_xN的静态介电常数在低能区随掺杂浓度的提高而提高,随后逐渐趋向一致。随着Lu掺杂浓度的增加,反射率和吸收系数的峰值强度降低,峰值向较低能量方向移动。Al_1-xLu_xN的能量损失光谱表现出明显的等离子体振荡特性,且峰值低于本征AlN。Al_1-xLu_xN的光电导率在低能区随能量的增加而急剧增加。     

Mn掺杂GaN的电子结构及光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法(PWP)计算Mn掺杂GaN(Ga1-xMnN)晶体的电子结构及光学性质,详细讨论掺杂后电子结构的变化.计算表明,Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N 2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,Ga1-xMnxN表现为半金属性,非常适于自旋注入,说明该种材料是实现自旋电子器件的理想材料.另结合实验结果分析掺杂后体系的光学性质,发现吸收谱在1.3 eV处出现吸收峰,吸收系数随Mn2+浓度增加而增大.分析表明,该峰是源于Mn2+离子e态与t2态间的带内跃迁.     

Cr掺杂Cu2O的光催化性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算的方法,研究了不同浓度及不同位置Cr掺杂Cu₂O体系的缺陷形成能、电子结构和可见光区域的光催化性质及产生机理。结果表明,本征Cu₂O显示半导体特性,在可见光区域吸收很弱;不同浓度、不同位置的Cr掺杂体系均是稳定的,显示金属特性。与本征Cu₂O相比,随着Cr掺杂浓度的增大,体系在可见光范围内的吸收峰均有不同程度的增强,并且两个Cr原子近邻掺杂时可见光区域的吸收系数最大,光催化效率最强。态密度分析发现,Cr掺杂体系在可见光范围的吸收主要由Cr 3d态电子的带内跃迁产生;不同掺杂浓度和结构构型主要影响材料在长波长段的物理性质,而对短波长段的性质影响很小。因此,通过增大Cr掺杂浓度及调控掺杂位置可以提高Cu₂O在可见光区域的光催化效率,推动Cu₂O在光催化方面的发展。     

Co-Y共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Co和Y单掺杂ZnO、Co-Y不同配位共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算结果表明,在本文的掺杂浓度下,Co和Y单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性,Co-Y共掺时ZnO半导体进入简并状态,呈现金属性。Co掺杂ZnO会在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象,而Y掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收,其中由于Co离子和Y离子之间的协同效应,Co-Y共掺ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加,因此Co-Y共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件。     

Co-Y共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Co和Y单掺杂ZnO、Co-Y不同配位共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算结果表明,在本文的掺杂浓度下,Co和Y单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性,Co-Y共掺时ZnO半导体进入简并状态,呈现金属性。Co掺杂ZnO会在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象,而Y掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收,其中由于Co离子和Y离子之间的协同效应,Co-Y共掺ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加,因此Co-Y共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件。     

(Co,P)双掺杂MgF2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纯MgF2晶体、Co掺杂MgF2晶体、P掺杂MgF2晶体和(Co,P)双掺杂MgF2晶体的电子结构和光学特性.结果表明,掺杂后的MgF2晶体发生了畸变,原子之间的键长也有所变化.(Co,P)双掺杂后,由于非金属原子p态和金属原子d态之间的轨道杂化,在MgF...     

Mg、Zn掺杂AlN电子结构的第一性原理计算

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法, 对Mg、Zn 掺杂AlN 的32 原子超原胞体系进行了几何结构优化, 从理论上给出了掺杂和非掺杂体系的晶体结构参数, 对纤锌矿结构AlN 晶体及AlN:Mg、AlN: Zn 的结构、能带、结合能、电子态密度、集居数、差分电荷分布进行计算和分析. 计算结果表明, AlN:Mg、AlN: Zn 都能提供很多的空穴态, 形成p 型电导, 并且Mg是较Zn 更好的p型掺杂剂.     

新金刚石电子结构的第一性原理研究

金刚石、 石墨和卡宾碳是三种常见的碳同素异构体, 其外层轨道价电子分别是以sp³-, sp²-和sp¹-形式杂化而成的^［1］. 1991年, Hirai等^［2］在研究金刚石的形成机理时, 发现了一种新的碳同素异构体, 并将其命名为新金刚石(new diamond) ^{［3, 4］}. 在许多实验过程中虽然也曾获得过新金刚石^［5~11］, 但是这些实验获得的新金刚石的样品产量都较少, 且新金刚石的颗粒尺寸都很小(小于100 nm), 因此只能采用电子衍射(ED)的方法研究其结构. Jarkov等^［9］在分析多晶体ED图谱的基础上, 认为新金刚石是面心立方结构(FCC), 其晶格常数为0.357 nm. 2001年, Konyashin等^［1］通过ED图谱、电子能量损失谱和半经验的能量计算认定新金刚石为FCC的纯碳, 其晶格常数为0.356 3 nm. 我们曾用强磁场碳黑催化法制备出大量的新金刚石^{［3,4,12~14］}, 并对新金刚石的热稳定性进行了研究^［12］, 而对其结构和性能的研究尚未见报道.     

Electronic Structures and Optical Properties of Ga Doped Single-Layer Indium Nitride

Electronic structures and optical properties of single-layer In_1-xGa_xN are studied by employing Heyd-Scuseria-Ernzerh (HSE) method based on the first-principles. The band structure and density of states (DOS) of single-layer In_1-xGa_xN are calculated, and the band gap ranges from 1.8 eV to 3.8 eV as the ratio x changes, illustrating the potential for the tunability of band gap values via Ga doped. We also have investigated optical properties of single-layer In_1-xGa_xN such as dielectric function, refractive index and absorption coefficient, the main peak of dielectric function spectrum and the absorption edge are found to have a remarkable blue-shift as the concentration of Ga increases. Furthermore, the optical properties of single-layer In_1-xGa_xN are analyzed based on the band structures and DOS analysis. Such unique optical properties have profound application in nanoelectronics and optical devices.     

钛铁矿型六方相ZnTiO3的电子结构和光学性质

分别采用基于密度泛函理论(DFT)的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)方法对钛铁矿型六方相ZnTiO₃的电子结构进行了第一性原理计算, 并在局域密度近似下计算了六方相ZnTiO₃的光学性质, 并将计算结果与实验数据进行了对比. 结果表明, 在局域密度近似下计算得到的结构参数更接近实验数据. 理论预测六方相ZnTiO₃属于直接带隙半导体材料, 其禁带宽度(布里渊区Z 点)为3.11 eV. 电子态密度和Mulliken 电荷布居分析表明Zn―O键是典型的离子键而Ti―O键是类似于钙钛矿型ATiO₃ (A=Sr, Pb, Ba)的Ti―O共价键. 在50 eV的能量范围内研究了ZnTiO₃的介电函数、吸收光谱和折射率等光学性质, 并基于电子能带结构和态密度对光学性质进行了解释.     

Effect of Pressure on Electronic Structures and Optical Properties of Rocksalt InN

The electronic structures and optical properties of rocksalt indium nitride (InN) under pres-sure were studied using the first-principles calculation by considering the exchange and cor-relation potentials with the generalized gradient approximation. The calculated lattice con-stant shows good agreement with the experimental value. It is interestingly found that the band gap energy E_g at the Γ or X point remarkably increases with increasing pressure, but E_g at the L point does not increase obviously. The pressure coefficient of E_g is calculated to be 44 meV/GPa at the Γ point. Moreover, the optical properties of rocksalt InN were calculated and discussed based on the calculated band structures and electronic density of states.     

ZnO氧缺陷的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对ZnO_0.875的电子结构和光学性质进行了计算. 用第一性原理对含氧空位的ZnO晶体进行了结构优化处理, 计算了完整的和含氧空位的ZnO晶体的电子态密度. 结合精确计算的电子态密度分析了带间跃迁占主导地位的ZnO_0.875 材料的介电函数、吸收系数、折射系数、湮灭系数和反射系数, 并对光学性质和极化之间的联系做了详细讨论. 结果表明ZnO_0.875晶体是单轴晶体, 并且在低能区域存在因氧缺陷而造成的一些特性. 我们的研究结果为ZnO的发光特性提供新的视野, 同时为ZnO的光电子材料的设计和应用提供理论基础.     

聚偏二氟乙烯晶体的电子结构和光学性质

利用含Tkatchenko-Scheffler(TS)色散修正的密度泛函理论的第一性原理方法对九种聚偏二氟乙烯(PVDF)晶相的电子结构和光学性质进行了计算. 结果表明,PVDF晶体作为一种绝缘体,能带具有密集且平直等特征,其带隙值在6.05-7.34 eV之间,且和实验值接近. 价带主要是F原子的2s和2p态起主要贡献,导带主要由C原子的2p态和H原子的1s态共同参与构成. 在0-35 eV光子能量范围内,介电函数、吸收率、反射率和折射率等光学性质发生变化主要在深紫外区域. 根据介电函数等光学参数的谱特点,可以将九种PVDF的晶相划分为{Ⅰ_p},{Ⅱ_pu},{Ⅱ_au,Ⅱ_ad,Ⅱ_pd,Ⅲ_pu},{Ⅲ_au,Ⅲ_ad,Ⅲ_pd}等四类,每一类都具有相似的光学参数特点.     

BaTiO3的电子结构和光学性质

采用第一性原理赝势平面波方法, 在局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)下分别计算了BaTiO3立方相和四方相的电子结构, 并在局域密度近似下计算了BaTiO3立方相的光学性质. 结果表明, BaTiO3立方相和四方相都为间接带隙, 方向分别为Γ-M和Γ-X, 大小分别为2.02和2.20 eV. 对BaTiO3和PbTiO3铁电相短键上电子布居数的对比分析, 给出了它们铁电性大小的差别. 且在30 eV的能量范围内研究了BaTiO3 的介电函数、吸收系数、折射系数、湮灭系数、反射系数和能量损失系数等光学性质,并基于电子能带结构对光学性质进行了解释. 计算结果与实验数据相符合.     

In、Sc掺杂对SrTiO3电子结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法, 研究了In、Sc p型掺杂对SrTiO3母体化合物稳定性、电子结构和光学性质的影响. 计算结果表明:掺杂后, SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3的稳定性降低, 体系显示p型简并半导体特征, 掺杂仅引起杂质原子近邻区域的几何结构发生变化. 同时, SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3体系的光学带隙分别展宽0.35、0.30 eV, 光学吸收边发生蓝移, 在1.25-2.00 eV的能量区间出现新的吸收峰, 该吸收峰与体系Drude型自由载流子的激发相关. 此外, SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3体系的可见光透过率有了明显的提高, 在350-625 nm波长范围透过率高于85%. 掺杂原子在费米能级处低的电子态密度限制了跃迁概率和光吸收. 大的禁带宽度、小的跃迁概率和弱的光吸收是SrIn0.125Ti0.875O3和SrSc0.125Ti0.875O3体系具有较高光学透明度的原因.     

In、Sc掺杂对SrTiO_3电子结构和光学性质的影响(英文)

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法,研究了In、Sc p型掺杂对SrTiO_3母体化合物稳定性、电子结构和光学性质的影响.计算结果表明:掺杂后,SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3的稳定性降低,体系显示p型简并半导体特征,掺杂仅引起杂质原子近邻区域的几何结构发生变化.同时,SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3体系的光学带隙分别展寬0.35、0.30 eV,光学吸收边发生蓝移,在1.25.2.00 eV的能量区间出现新的吸收峰,该吸收峰与体系Drude型自由载流子的激发相关.此外,SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3体系的可见光透过率有了明显的提高,在350-625 nm波长范围透过率高于85%.掺杂原子在费米能级处低的电子态密度限制了跃迁概率和光吸收.大的禁带宽度、小的跃迁概率和弱的光吸收是SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3体系具有较高光学透明度的原因.     

ZnSe掺Cu与Zn空位缺陷的稳定性、电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软雁势方法, 对ZnSe闪锌矿结构本体、掺入p型杂质Cu(Zn_0.875Cu_0.125Se)及Zn空位(Zn_0.875Se)超晶胞进行结构优化处理. 计算并详细分析了缺陷体系的形成能和三种体系下ZnSe材料的态密度、能带结构、集居数、介电和吸收光谱. 结果表明: 在Zn空位与Cu掺杂ZnSe体系中, 由于空位及杂质能级的引入, 禁带宽度有所减小, 吸收光谱产生红移; 单空位缺陷结构不易形成, Zn_0.875Se结构不稳定, Cu掺杂ZnSe结构相对更稳定.