碳掺杂BaTiO3的电子结构和磁性研究

基于密度泛函理论,从头计算了C间隙和替位氧掺杂立方结构BaTiO3的电子结构和磁学性质．结果表明C掺杂BaTiO3在自旋极化状态下的总能量比自旋非极化状态下的总能量小,说明C掺杂BaTiO3的基态具有铁磁性．从态密度和自旋电子密度分布可知,C位于BaTiO3间隙的磁性机理和过渡金属掺杂半导体产生磁性的机理类似：C替位掺杂BaTiO3体系磁性源于未配对的C2p电子．     

SrCoO3电子结构和磁学性质的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的广义梯度近似GGA+U方法对铁磁相SrCoO₃的电子结构和磁学性质进行了系统研究.结果表明:随着U值的增大,对于Co离子,主自旋方向的t_2g和e_g态向低能级移动,而次自旋方向的t_2g和e_g态向高能级移动;O2p电子态的分布基本不随U变化.能带结构表明,U大约在7-8eV之间时,SrCoO₃由金属性转变为半金属性.U值小于7eV时,Co离子的磁矩随着U值的增大几乎成线性增大,而当U大于7eV后基本保持不变.结合实验结果,本文认为U取8eV时得到的计算结果更为合理,Co离子的磁矩为3.19μв,且SrCoO₃表现出半金属特性.     

过渡金属掺杂钛酸纳米管的电子结构和光学性质研究

采用平面波超软赝势方法计算了过渡金属(TM)(Fe,Co或者Ru)掺杂钛酸纳米管的电子结构及光学性质.对TM取代钛酸纳米管层间间隙位H+的几何结构进行优化,发现掺杂对几何结构的影响较大,其中Co或者Ru掺杂的形成能均较低.此外,掺杂的TM与周围的O原子成键,有形成固熔体的趋势.掺杂后的能带结构分析表明:Fe,Co或者Ru掺杂导致钛酸纳米管禁带宽度减小并且于禁带中引入了新的能级,这主要归因于b1g(dx2-y2)及a1g(dz2)态的出现;部分杂质能级处于半填充状态,成为空穴的俘获中心,减少电子和空穴的复合;掺杂后,价带顶向低能方向移动,使价带中形成的空穴氧化性更强.最后,掺杂的钛酸盐纳米管的吸收光谱显示,Ru掺杂的钛酸纳米管导致其在可见光范围内有更强的吸收.     

Mo掺杂4H-SiC的磁性和光学性能的第一性原理研究

基于第一性原理密度泛函理论（DFT）的广义梯度近似（GGA）的平面波赝势法（PBE）,计算了4H-SiC的本征体系、过渡金属元素Mo单掺杂4H-SiC体系的电子结构、磁性和光学特性。结果表明：Mo掺杂将导致4H-SiC由本征非磁性变为p型磁性半导体材料,其带隙值由2.88 eV 变为0.55 eV。当Mo掺杂浓度为1.359×1021 cm-3时,磁矩为0.98 ,这表明掺Mo后的4H-SiC材料可以作为自旋电子元器件的备选材料。此外,Mo掺杂4H-SiC体系在（100）和（001）方向的静态介电常数分别为3.780和3.969。介质函数虚部不为0的起始点发生红移,表明掺杂使电子更容易跃迁。     

Nd、N掺杂ZnO的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,使用GGA+U方法计算出N、Nd分别单掺ZnO及N、Nd共掺ZnO晶体的形成能,能带结构,态密度及光学性质.经过对比发现:N、Nd各掺杂ZnO中,共掺体系比单掺体系更容易形成,其中低浓度掺杂难度更低;共掺体系随着掺杂浓度的升高,其畸变的强度就越强,禁带宽度变窄,电子跃迁到导带上所需的能量更小,光吸收系数较大,并且都产生了红移,光谱响应范围扩展到了整个可见光区域;共掺体系在低能区域的介电谱峰值较高,说明其极化能力较强,光生电场强度较大,会使光激发载流子在晶体内的迁移变快,对电荷的束缚能力增强.因此N、Nd共掺可以有效提升ZnO的光催化性和极化能力.     

后钙钛矿CaRhO3的电子结构和磁学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的投影平面波方法,对后钙钛矿结构(Ppv)的CaRhO₃的电子结构和磁学性质进行了研究.广义梯度(GGA)近似下的计算表明,Ppv-CaRhO₃的基态为铁磁性半金属,Rh⁴⁺离子的磁矩大小为0.57μ_B,具有低自旋态构型;而考虑在位库仑作用修正的GGA+U计算,得到了与实验结果相符的反铁磁绝缘体基态,表明后钙钛矿结构中4d电子之间的关联效应对体 关键词： 电子结构 磁学性质 金属绝缘体转变     

Mn掺杂GaN电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算不同Mn浓度掺杂GaN晶体的电子结构和光学性质.计算结果表明Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N 2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,材料表现为半金属性,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,折射率在带隙处出现峰值,紫外区光吸收系数随Mn浓度的增加而增大. 关键词： Mn掺杂GaN 第一性原理 电子结构 光学性质     

Ga掺杂ZnS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闪锌矿结构掺入杂质Ga体系进行结构优化处理. 计算了该体系下ZnS材料的电子结构和光学性质. 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：由于杂质Ga的引入,ZnS体系体积略有膨胀,并在在费米面附近出现了深施主能级,单纯的通过Ga掺杂来实现低阻ｎ型ZnS材料较为困难;由于杂质能级的引入,整个介电峰向低能方向偏移,电子在可见光区的跃迁显著增强．     

Cr掺杂ZnO纳米线电子性质和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Cr原子单掺杂和双掺杂两种尺寸ZnO纳米线的电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的形成能都比纯纳米线的形成能低,表明掺杂增强了纳米线的稳定性.研究发现Cr原子趋于替代纳米线表面的Zn原子.所有掺杂纳米线都显示了金属性.纳米线的总磁矩主要来源于Cr原子3d轨道的贡献.由于杂化,相邻的O原子和Zn原子也产生了少量自旋.在超原胞内,Cr和O原子磁矩反平行排列,表明它们之间是反铁磁耦合.表面双掺杂纳米线铁磁态能量比反铁磁态能量低149 meV,表明Cr掺杂ZnO纳米线可能获得室温铁磁性.     

碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算研究碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果表明：C原子替代O原子和C原子替代Zn原子两种掺杂体系的电子结构存在明显差异,这主要是由于C原子的电子分布及对周围原子的影响不同;碳掺杂ZnO光学性质的变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有明显变化.结合电子结构定性解释了光学性质的变化. 关键词： ZnO 碳掺杂 电子结构 光学性质     

Structural,elastic, thermodynamic and electronic properties of LuX (X = N,Bi and Sb) compounds: first principles calculations

ABSTRACT

The structural, electronic, elastic and thermodynamic properties of LuX (X = N, Bi and Sb) based on rare earth into phases, Rocksalt (B1) and CsCl (B2) have been investigated using full-potential linearized muffin-tin orbital method (FP-LMTO) within density functional theory. Local density approximation (LDA) for exchange-correlation potential and local spin density approximation (LSDA) are employed. The structural parameters as lattice parameters a₀, bulk modulus B, its pressure derivate B’ and cut-off energy (E_c) within LDA and LSDA are presented. The elastic constants were derived from the stress–strain relation at 0 K. The thermodynamic properties for LuX using the quasi-harmonic Debye model are studied. The temperature and pressure variation of volume, bulk modulus, thermal expansion coefficient, heat capacities, Debye temperature and Gibbs free energy at different pressures (0–50 GPa) and temperatures (0–1600 K) are predicted. The calculated results are in accordance with other data.     

Electronic and optical properties of Au-doped Cu_2O:A first principles investigation

The Cu2O and Au-doped Cu2O films are prepared on MgO(001) substrates by pulsed laser deposition. The X-ray photoelectron spectroscopy proves that the films are of Au-doped Cu2O. The optical absorption edge decreases by 1.6%after Au doping. The electronic and optical properties of pure and Au-doped cuprite Cu2O films are investigated by the first principles. The calculated results indicate that Cu2O is a direct band-gap semiconductor. The scissors operation of 1.64 eV has been carried out. After correcting, the band gaps for pure and Au doped Cu2O are about 2.17 eV and2.02 eV, respectively, decreasing by 6.9%. All of the optical spectra are closely related to the dielectric function. The optical spectrum red shift corresponding to the decreasing of the band gap, and the additional absorption, are observed in the visible region for Au doped Cu2O film. The experimental results are generally in agreement with the calculated results.These results indicate that Au doping could become one of the more important factors influencing the photovoltaic activity of Cu2O film.     

Electronic structures and thermodynamic stabilities of aluminum-based deuterides from first principles calculations

The alanates (complex aluminohydrides) have relatively high gravimetric hydrogen densities and are among the most promising solid-state hydrogen-storage materials. In this work, the electronic structures and the formation enthalpies of seven typical aluminum-based deuterides have been calculated by the plane-wave pseudopotential method, these being AlD₃, LiAlD₄, Li₃AlD₆, BaAlD₅, Ba₂AlD₇, LiMg(AlD₄)₃ and LiMgAlD₆. The results show that all these compounds are large band gap insulators at 0 K with estimated band gaps from 2.31 eV in AlD₃ to 4.96 eV in LiMg(AlD₄)₃. The band gaps are reduced when the coordination of Al varies from 4 to 6. Two peaks present in the valence bands are the common characteristics of aluminum-based deuterides containing AlD₄ subunits while three peaks are the common characteristics of those containing AlD₆ subunits. The electronic structures of these compounds are determined mainly by aluminum deuteride complexes (AlD₄ or AlD₆) and their mutual interactions. The predicted formation enthalpies are presented for the studied aluminum-based deuterides.     

碳、氧、硫掺杂二维黑磷的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究了二维黑磷中的碳原子(C P)、氧原子(C P)、硫原子(S P)掺杂的几何结构、磁学性质和电子结构.发现掺杂体系结构稳定,C P和O P体系形变较大,而S P体系形变较小;二维黑磷本身无磁矩,掺杂后都具有1μB的总磁矩.由于掺杂体系具有稳定的铁磁性,使其在自旋电子器件方面可发挥重要的作用.     

Theoretical calculations of structural,electronic, and elastic properties of CdSe_(1-x)Te_x:A first principles study

The plane wave pseudo-potential method was used to investigate the structural, electronic, and elastic properties of Cd Se_(1-x)Te_x in the zinc blende phase. It is observed that the electronic properties are improved considerably by using LDA + U as compared to the LDA approach. The calculated lattice constants and bulk moduli are also comparable to the experimental results. The cohesive energies for pure Cd Se and Cd Te binary and their mixed alloys are calculated. The second-order elastic constants are also calculated by the Lagrangian theory of elasticity. The elastic properties show that the studied material has a ductile nature.     

含缺陷的二维CuI光电性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论计算了本征缺陷时二维CuI的光电特性,分析了能带结构以及复介电函数.本征2D CuI的带隙值为1.56 eV,为直接带隙半导体;I和Cu缺陷的引入使2D CuI的带隙值小,Cu缺陷的引入并未改变2D CuI的带隙方式,而I缺陷的引入使2D CuI变为间接带隙半导体.光学性质计算结果表明本征2D CuI的静介电函数为2.47, I缺陷的引入对2D CuI的静介电函数影响较小,但是在Cu缺陷时2D CuI的静介电函数急剧增大.     

p型透明导电材料BaSnO3的第一性原理研究

基于密度泛函理论,从头计算了N以及N和Sb共掺BaSnO₃的电子结构和光学性质.结果表明N单掺BaSnO₃与N和Sb共掺BaSnO₃均为p型透明导电材料,在可见光区透过率均在80%以上,且N和Sb共掺具有更高的电导率.计算结果为实验上制备p型钙钛矿结构透明导电材料提供了强有力的理论指导. 关键词： p型透明导电材料 电子结构 光学性质     

W掺杂ZnO电子结构与光学性质第一性原理计算

采用了基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算本征ZnO和不同W掺杂浓度下W:ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明:W掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性.掺杂后,吸收光谱发生红移现象,且光学性质变化集中在低能量区,而高能量区的光学性质没有太大变化,计算结果与相关实验结果相符合.最后,结合电子结构定性分析了光学性质的变化.