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。     

立方晶相HfO2电子结构与光学性质的第一性原理计算

利用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法计算了立方晶相二氧化铪(c-HfO2)的电子结构,得到了c-HfO2的总念密度、分波态密度和能带结构.经带隙校正后,计算了c-HfO2的光学线性响应函数随光子能最的变化关系,包括复介电函数,反射率、复折射率以及光学吸收系数,并从理论上给出了c-HfO2材料光学性 质与电子结构的关系.经比较发现,对c-HfO2的电子结构和光学性质的计算结果与已有的实验数据和其它理论研究吻合得较好,从而为c-HfO2光电材料的设计与应用提供了理论依据.同时,计算结果也表明采用密度泛函理论的广义梯度近似来计算和预测c-HfO2材料的电子结构和光学性质是比较可靠的.     

Mn掺杂ZnO光学特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了纤锌矿ZnO及不同量Mn 掺杂ZnO 晶体的电子结构，分析了掺杂对ZnO 晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布的影响. 计算结果表明，随着Mn 掺杂含量的增加，ZnO 禁带宽度相应增加并且对紫外吸收区的光吸收能力也随之增强.     

Mn掺杂ZnO光学特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了纤锌矿ZnO及不同量Mn 掺杂ZnO 晶体的电子结构,分析了掺杂对ZnO 晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布的影响. 计算结果表明,随着Mn 掺杂含量的增加,ZnO 禁带宽度相应增加并且对紫外吸收区的光吸收能力也随之增强. 关键词： 密度泛函理论(DFT) 第一性原理 超软赝势 Mn掺杂ZnO     

Fermi gap stabilization of an incommensurate two-dimensional superstructure

The compressed, incommensurate approximately (9.5 x 9.5) moire superstructure of the Ag monolayer on Cu(111) displays a filled surface state band with a Fermi energy gap at the Brillouin zone boundary. By contrast, the surface band is gapless for the less compressed, commensurate (9 x 9) moire of two Ag layers. A simple estimate of the energy gain rendered by opening this gap gives a value similar to the elastic energy change required to modify the commensurate structure, thereby suggesting that the approximately (9.5 x 9.5) incommensurate phase is stabilized by such a gap opening. The possible presence of a charge density wave state is discussed.     

Electronic properties of zero-dimensional finite-sized nanographene

In this work, we use the tight-binding model to study the low-energy electronic properties of zero-dimensional finite-sized nanographene subject to the influence of an electric field. State energies and energy spacings are found to oscillate significantly with the field strength. The state energies and band gaps also rely upon the type of the nanographene. The electric field will modify state energies, alter energy gaps, and induce the complete energy gap modulations. The band gap of the type-IV nanographene is always zero regardless of the value of the field strength. The variations of the state energies will be directly reflected in the density of states. The numbers and frequencies of the density of states’ divergent peaks are strongly dependent on the field strength and the type of the nanographene. Finally, the electron wave functions are found to be localized at certain zigzag lines at zero electric field.     

电子密度对等离子体光子晶体禁带特性的影响

从Maxwell方程出发,采用类似于量子力学Kronig-Penney模型求解周期势的方法,结合双水电极介质阻挡放电的实验结果,研究了电子密度ne对一维等离子体光子晶体禁带特性的影响。研究发现:电子密度对等离子体光子晶体光子禁带的位置和宽度均有重要的影响;等离子体光子晶体的禁带宽度随电子密度的增加而增大,增长速率为电子密度的函数;等离子体光子晶体的截止频率、光子禁带边缘频率随电子密度的增大而增大。给出了当等离子体光子晶体具有显著禁带宽度时的电子密度的理论临界值。     

Transverse wave band gaps and longitudinal wave band gaps in solid phononic crystals

Based on the properties of transverse (divergenceless) waves and longitudinal (irrotational) waves, we divided the transverse wave modes and longitudinal wave modes from the mixed eigen modes in solid phononic crystals. By investigating the transverse wave and longitudinal wave band structures at low frequency, we found that transverse bands and longitudinal bands exhibit different behaviors in solid systems including spherical scatterers. Phononic crystal with a large density ratio of solid spheres to the background can guarantee both the large longitudinal and large transverse band gap, but solid spheres with a small ratio of longitudinal wave velocity to transverse wave velocity can only help to enlarge the longitudinal band gap, and do not help to enlarge the transverse band gap.     

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     

立方KCaF_3电子、弹性和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论和赝势平面波近似法计算研究了立方钙钛矿KCaF_3的弹性、电子和光学性质.基态时,KCaF_3平衡晶格常数、体积弹性模量和实验及其他计算值一致.根据Hooke定律和Christoffel方程,研究了KCaF_3弹性常数Cij、体积弹性模量B、各向同性波速和弹性各向性异性因子随压力的变化关系.从电子能带理论出发,计算得到了KCaF_3电子能带、态密度和Milliken电荷布居数,并对其电子性质进行了详细分析.结果显示:立方钙钛矿KCaF_3为直接带隙绝缘体材料,其禁带宽度为6.22 e V;电荷主要从Ca和K原子向F原子转移;立方钙钛矿KCaF_3属于纯粹的共价型化合物.同时,本文还计算研究了KCaF_3的光学介电函数、吸收系数、复折射率、能量损失谱和反射系数等光学性质.     

立方KCaF3电子、弹性和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论和赝势平面波近似法计算研究了立方钙钛矿KCaF3的弹性、电子和光学性质。基态时,KCaF3平衡晶格常数、体积弹性模量和其他计实验和算值一致。根据Hooke定律和Christoffel方程,研究了KCaF3弹性常数Cij、体积弹性模量B、各向同性波速和弹性各向性异性因子随压力的变化关系。从电子能带理论出发,计算得到了KCaF3电子能带、态密度和Milliken电荷布居数,并对其电子性质进行了详细分析。结果显示：立方钙钛矿KCaF3为直接带隙绝缘体材料,其禁带宽度为6.22eV;电荷主要从Ca和K原子向F原子转移;立方钙钛矿KCaF3属于纯粹的共价型化合物。同时,本文还计算研究了KCaF3的光学介电函数、吸收系数、复折射率、能量损失谱和反射系数等光学性质。     

3C-SiC材料p型掺杂的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法,研究了SiC材料p型掺杂的晶体结构和电子结构性质,得到了优化后体系的结构参数,掺杂形成能,能带结构和电子态密度,计算得到掺杂B,Al,Ga在不同浓度下的禁带宽度.结果表明:随着掺杂B原子浓度的增大,禁带宽度随之减小;而随着掺杂Al,Ga原子浓度的增大,禁带宽度随之增大;在相同浓度下,掺杂Ga的禁带宽度大于掺杂Al,掺Al禁带宽度大于掺B. 关键词： SiC 电子结构 掺杂 第一性原理软件     

In掺杂ZnO电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同掺杂量下In掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,In的掺杂导致ZnO禁带宽度变窄.随着掺杂量的增大,In_xZn_1－xO的导带底和价带顶同时下降,但是导带底比价带顶下降得多,这导致了带隙的变窄.此外,In掺杂使晶胞晶格常数增大,这对带隙的变窄也有一定作用.     

Study on optical gain of one-dimensional photonic crystals with active impurity

Localized fields in the defect mode of one-dimensional photonic crystals with active impurity are studied with the help of the theory of spontaneous emission from two-level atoms embedded in photonic crystals.Numerical simulations demonstrate that the enhancement of stimulated radiation, as well as the phenomena of transmissivity larger than unity and the abnormality of group velocity close to the edges of photonic band gap, are related to the negative imaginary part of the complex effective refractive index of doped layers. This means that the complex effective refractive index has a negative imaginary part, and that the impurity state with very high quality factor and great state density will occur in the photonic forbidden band if active impurity is introduced into the defect layer properly. Therefore, the spontaneous emission can be enhanced, the amplitude of stimulated emission will be very large and it occurs most probably close to the edges of photonic band gap with the fundamental reason, the group velocity close to the edges of band gap is very small or abnormal.     

Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对多光子非线性Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙特性的影响进行了研究,提出将入射和散射光作为形成光子带隙的新机制,对电磁波方程进行了修正.结果表明:与Compton散射前相比,散射使电磁波幅值衰减更快|随等离子体密度增加,透射谱禁带宽度几乎无变化,其中心频率向高频方向有明显移动,向上的峰值有较大增加,反射谱向下的峰值有明显减小|随温度增加,透射谱禁带宽明显减小,向上的峰值略有减小,透射能量有所降低|随两种介质介电系数比增加,光子禁带数增加,且带隙间距显著减小.     

立方钙钛矿RbZnF3电子、弹性和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论和赝势平面波方法研究了立方钙钛矿RbZnF3的电子结构和光学性质;利用静水有限应变技术计算研究了RbZnF3弹性常数Cij、体积弹性模量B和剪切模量G随压力的变化关系。基态下,RbZnF3晶格常数a和体积弹性模量B0计算值与实验值以及其他理论值一致。根据能带结构、总态密度以及分波态密度分析可知：基态下立方钙钛矿结构RbZnF3为间接带隙半导体材料,带隙为3.57eV,与其他计算结果比较,本文计算结果偏低,这是由于局域密度近似(LAD)或广义梯度近似(GGA)交换关联函数的局限性所致。基态下RbZnF3的Mulliken电荷分布和集居数说明：RbZnF3属于共价键和离子键所形成的混合键化合物;RbZnF3的电荷总数主要来源于Rb 4s和4p轨道,Zn 3d轨道,以及F 2s和2p轨道。电荷主要从Rb, Zn原子向F原子转移。同时,本文还计算研究了RbZnF3的光学介电函数、吸收系数、复折射率、能量损失谱和反射系数等光学性质。     

Surface state scattering at a buried interface

The free-electron-like surface state of Mg(0001) is strongly modified in thin films grown on W(110). The long bulk penetration length of its wave function makes it sensitive to the reflective properties of the buried interface, and hence to the complex electronic structure of the substrate. In particular we find a many-fold splitting of the Mg surface band by entering a wide projected band gap of W(110). There is a strong thickness-dependent two-band splitting, which is a clear signature of the formation of a surface-interface resonant state. An additional split-off from these two surface bands is explained by the substrate induced spin-orbit interaction.     

Two Types of Electronic States in One-Dimensional Crystals of Finite Length

Exact and general results on the electronic states in one-dimensional crystals bounded at τ and τ+L, where L=Na, N is a positive integer, and a is the potential period, are presented. Corresponding to each energy band of the Bloch wave, there are N−1 states in the finite crystal whose energies are dependent on L but not on τ and map the energy band exactly. There is always one and only one electronic state corresponding to each band gap of the Bloch wave, whose energy is dependent on τ but not on L. This state is either a constant-energy confined band-edge state or a surface state in the band gap.     

链间耦合对聚乙炔多链体系中电子极化子再激发态的影响

从拓展紧束缚模型出发,研究了链间耦合对反式聚乙炔多链体系中电子极化子再激发态的晶格位形、净电荷密度、局域能级波函数和态密度的影响。结果发现：对于两条链体系,当链间耦合很小（eV）时,注入到系统中的电子只会在第一条链上诱发产生一个晶格缺陷,形成电子极化子再激发态,这和单链体系是一致,而第二条链仍是二聚化基态。随着链间耦合的增大,第一条链上缺陷的局域度减少而第二条链上的缺陷局域度相应增加,直至两条链上的位形相同。对于多条链（5条链和6条链）体系,当耦合很小（0.05eV）时,电子极化子再激发态也只会存在于一条链上,当链间耦合较强时,极化子再激发态会在链间层次性地扩展开来,并不会出现多条链位形相同。从两条链的能级图上可以看到随着链间耦合的增大,体系的带隙不断的增大和电子态密度显示的是完全吻合的,体系的导电性减弱。通过分析两条链体系在eV和eV的能级态密度,发现链间耦合越强,则中间局域能级的态密度越小,最后没有中间局域态。     

链间耦合对聚乙炔多链体系中电子极化子再激发态的影响

采用拓展紧束缚Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型,研究了链间耦合对反式聚乙炔多链体系中电子极化子再激发态的晶格位形、净电荷密度、局域能级波函数和态密度的影响.结果发现:对于两条链体系,当链间耦合很小(t⊥≤0.01 e V)时,注入到系统中的电子只会在第一条链上诱发产生一个晶格缺陷,形成电子极化子再激发态,这和单链体系是一致,而第二条链仍是二聚化基态.随着链间耦合的增大,第一条链上缺陷的局域度减少而第二条链上的缺陷局域度相应增加,直至两条链上的位形相同;对于多条链(5条链和6条链)体系,当耦合很小(t⊥≤0.05 e V)时,电子极化子再激发态也只会存在于一条链上,当链间耦合较强时,极化子再激发态会在链间层次性地扩展开来,并不会出现多条链位形相同;从两条链的能级图上可以看到随着链间耦合t⊥的增大,体系的带隙不断的增大和电子态密度显示的是完全吻合的,体系的导电性减弱.通过分析两条链体系在t⊥=0 e V和t⊥=0.1 e V的能级态密度,发现链间耦合越强,则中间局域能级的态密度越小,最后没有中间局域态.