Si掺杂锐钛矿TiO2的第一性原理研究

为了研究Si掺杂对锐钛矿TiO2的电子蛄构和光催化性能的影响,利用基于第一性原理的密度泛函理论计算了纯TiO2及Si掺杂TiO2的杂质形成能、能带结构及态密度.研究蛄果表明,Si的掺杂位置与制备条件有关,富钛和富氧条件下,Si最容易代替TiO2中Ti的位置.几何优化后Si掺杂TiO2超晶胞的晶格参数和晶胞体积都发生一定...     

第一性原理计算Ni原子吸附在Al(111)表面原子结构和电子态

利用密度泛函理论和广义梯度近似研究镍吸附在Al(111)表面。在覆盖率为0.25ML下,分析了Ni吸附在Al(111)表面的面心立方洞位、六角密排洞位、顶位和桥位四个高对称位的原子结构和吸附能。比较不同高对称位的吸附能发现,六角密排洞位的吸附能最大,是5.76 eV,是最稳定的吸附位置。详细讨论了两个最低能量结构-三重洞位的电子结构、功函数、表面偶极距和Ni-Al键的特性。在费米能级附近,Ni-3d和Al-3s,3p轨道产生杂化,形成金属间化合键。由于吸附导致双金属体系表面偶极距和功函数的变化。我们发现：Ni原子与Al(111)表面原子间成建主要是共价键,没有表现出明显的静电荷跃迁,相应的产生非常小的表面偶极距。与面心立方洞位相比,六角密排洞位在费米能级附近产生较低的态密度,在键态附近产生较大的杂化。     

Na原子在Si(111)-(7×7)表面的吸附:从二维原子气到纳米团簇阵列

作者利用扫描隧道显微镜 (STM)详细研究了室温下Na原子在Si(111) (7× 7)表面的吸附 .对STM图像及功函数变化的分析表明 ,当Na原子覆盖度小于临界覆盖度 (0 .0 8ML)时 ,Na原子具有类气态的性质并可以在一个吸附能阱中快速移动 .从STM图像可看出这种移动导致的对比度调制 .在临界覆盖度以上 ,Na原子自组装形成团簇阵列 .第一原理模拟计算的结果与作者的实验结论很好吻合 .     

F原子吸附TiO_2:Mn(001)稀磁半导体薄膜电子结构和磁性的第一性原理计算

利用第一性原理方法计算Mn离子掺杂纯净TiO2(001)和F原子吸附的TiO2(001)薄膜的形成能、态密度和磁矩.F原子吸附明显降低TiO2∶Mn薄膜体系的形成能.F原子的吸附导致Mn离子的磁矩减小,而表面O原子的磁矩增大.表面O原子的磁矩主要来源于O原子p x和p y轨道的自旋极化,研究表明表面吸附F原子更有利于Mn离子的掺杂,在一定程度上有利于获得结构稳定的铁磁态半金属特性的TiO2∶Mn薄膜.     

δ-(Zn,Cr)S(111)表面上的Dzyaloshinsky-Moriya作用:第一性原理计算

根据密度泛函理论的第一性原理计算了具有非中心反演对称的异质结δ-(Zn,Cr)S(111)体系的原子结构和电子结构.Cr原子之间通过第一层S原子传递磁性相互作用.结合广义布洛赫条件,又进一步计算了反方向的自旋螺旋能量与波矢的色散关系E(q)与E(-q).E(q)与E(-q)能量之差反映了δ-(Zn,Cr)S(111)的S层与Cr层之间空间反演对称性破缺引起的DMI的大小.通过海森伯相互作用(HBI)模型与Dzyaloshinsky-Moriya作用(DMI)模型拟合第一性原理计算值,得到了Cr原子间各近邻的HBI参数J_1-J_4与DMI参数d-_1,d_2.在δ-(Zn,Cr)S(111)中,Cr原子间的耦合为M型反铁磁.DMI参数d_1为-0.53 meV,为顺时针手性DMI,在δ-(Zn,Cr)S(111)界面上有可能会产生斯格明子.本文计算表明,磁性和非磁性半导体界面有可能存在DMI,为理论研究和磁存储技术的进步开拓一个新的方向.     

第一性原理计算Ni原子吸附在Al(111)表面原子结构和电子态(英文)

利用密度泛函理论和广义梯度近似研究镍吸附在Al(111)表面.在覆盖率为0.25ML下,分析了Ni吸附在Al(111)表面的面心立方洞位、六角密排洞位、顶位和桥位四个高对称位的原子结构和吸附能.比较不同高对称位的吸附能发现,六角密排洞位的吸附能最大,是5.76eV,是最稳定的吸附位置.详细讨论了两个最低能量结构-三重洞位的电子结构、功函数、表面偶极距和Ni-Al键的特性.在费米能级附近,Ni-3d和Al-3s,3p轨道产生杂化,形成金属间化合键.由于吸附导致双金属体系表面偶极距和功函数的变化.我们发现:Ni原子与Al(111)表面原子间成建主要是共价键,没有表现出明显的静电荷跃迁,相应的产生非常小的表面偶极距.与面心立方洞位相比,六角密排洞位在费米能级附近产生较低的态密度,在键态附近产生较大的杂化.     

第一性原理研究Al掺杂Mn4Si7的电子结构及光学性质

基于密度泛函理论框架下,利用第一性原理计算方法,对本征Mn₄Si₇以及不同Al掺杂浓度下Mn₄Si₇的电子结构及光学性质进行系统计算分析. Mn₄Si₇晶胞中有16个Mn原子及28个Si原子,建立4种Mn_16-xAl_xSi₂₈(x=0,2,4,8)的掺杂模型,计算结果表明：本征Mn₄Si₇的禁带宽度E_g =0.775 eV,属于间接带隙半导体,Al的掺入导致了Mn₄Si₇费米能级附近的电子结构发生改变,导带向低能方向发生偏移,价带向高能方向发生偏移,禁带宽度由0.775 eV降至零,呈现出金属性.计算还表明,在光子能量低能区域,Al的掺入使Mn₄Si₇的介电函数、折射率、吸收及反射系数等光学性质有所提升,改善了Mn₄S...     

(Zn,Al)O电子结构第一性原理计算及电导率的分析

采用第一性原理平面波赝势方法和广义梯度近似计算了ZnO与(Zn,Al)O的电子结构.结合分子轨道理论,从原子布居、键布居、能带结构和态密度角度分析了掺Al前后ZnO的成键情况及对电子间相互作用的影响.利用第一性原理计算结果理论推导计算了(Zn,Al)O的载流子浓度并进一步分析了ZnO电导率的变化情况.与实验结果比较可知,掺Al后ZnO载流子浓度增加,并且ZnO的电导率比未掺杂时有了显著的提高. 关键词： 第一性原理 电子结构 电导率 (Zn Al)O     

锂薄膜的第一性原理计算:量子尺寸效应和原子氢的吸附

采用第一性原理方法计算Li（110）、（100）和（111）三个表面方向3至30层自由薄膜的表面能和氢原子的吸附能.随着层厚变化出现量子振荡现象,即量子尺寸效应.重点计算Li（110）表面吸附氢原子吸附高度、吸附氢原子前后费米能级处的态密度和功函数.这些量都随着层厚变化出现明显的量子振荡,且与表面能或吸附能的振荡有明显的相关性.计算发现Li（110）薄膜表面的功函数由于吸附氢原子而降低了约0.9 eV,吸附的氢原子拉低了最外层Li原子和真空层的静电势,导致吸附氢原子后功函数下降.     

Fe-3.24％Si的状态方程和声速的第一性原理计算:地球内核Si元素的约束

硅(Si)被认为是地球内核的主要轻元素,但其在内地核中的含量仍然存在争议。为了探索内地核中Si的含量,应用第一性原理方法对Fe-3.24%Si(Si的质量分数为3.24%)进行了研究。构造了4种Fe-3.24%Si的超晶胞,研究了不同的晶胞大小和自旋对优化结构的影响。结果表明:在100 GPa以上,自旋对Fe-3.24%Si的密度无影响;而在100 GPa以下,考虑自旋时的计算结果更接近实验值。基于0 K下的声速、状态方程和相关热力学参数,计算了Fe-3.24%Si在内地核条件下的密度和声速。研究发现:Fe-3.24%Si的密度低于纯铁的密度,略高于内地核的密度;纵波声速及剪切波声速与纯铁的声速很接近,但均明显高于内地核声速,因此排除了内地核含有大量Si元素的可能性。     

The first-principle study on the equation of state of HMX under high pressure

The equation of states (EOS) of high energy explosive HMX (octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine) has been studied by using the first principle method. Our results include the lattice constants, elastic constants, and the dependence of total energy and pressure on volume for βand δ-HMX. The calculated elastic constants and the pressure-volume relationship of β-HMX are also compared with the experimental values. The theoretical tensile experiments are implemented on the β-HMX. The atomic-scale ana...     

Relaxation and electronic states of Au(100), (110) and (111) surfaces

Using a first-principles method based on density functional theory, we investigate the surface relaxation and electronic states of Au(100), (110) and (111) surfaces. The calculated results show that the relaxations of the (100) and (110) surfaces of the metal are inward relaxations. However, the Au(111) surface shows an ‘anomalous’ outward relaxation, although several previous theoretical studies have predicted inward relaxations that are contrary to the experimental measurements. Electronic densities of states and the respective charge density distribution along the Z-axis of the relaxed surfaces are analyzed, and the origin of inward and outward relaxation is discussed in detail.     

不同气体氛围下硅量子点的结构及其发光机理

纳秒脉冲激光在氮气、氧气和空气等不同氛围中加工出的硅量子点都有光致荧光(PL)的发光增强效应,并且在700 nm波长附近观察到了受激辐射.在不同氛围下生成的样品有几乎相同的PL光谱分布,其原因是不同氛围下加工出的样品带隙中有相同的电子态分布.计算结果显示:当硅量子点表面被氮或氧钝化后,在带隙中能够形成几乎相同的局域电子态,这种局域电子态可以俘获来自导带的电子,从而形成亚稳态,这是PL发光增强乃至产生受激辐射的关键因素. 关键词： 硅量子点 PL光谱 发光增强 电子局域态     

InSb(110)表面S,O原子吸附的第一性原理研究

基于第一性原理方法, 采用广义梯度近似的交换关联势, 对InSb材料(110)表面的硫吸附和氧吸附之后体系性质的差异进行了分析. 讨论了两种吸附下的键长、键角、能带结构和态密度的变化, 从理论上论证了硫吸附比氧吸附对InSb红外探测器表面态的钝化有优越性, 有利于工艺上在钝化时的选择. 关键词： 第一性原理 InSb 硫吸附 氧吸附     

Relative energies of surface and defect states: ab initio calculations for the MgO (001) surface

We present the results of calculations of the energy levels of defects at the (001) surface of MgO relative to the top of the valence band and values of defect ionisation potentials and electron affinities. The calculations were made using an embedded cluster method in which a cluster of several tens of ions treated quantum mechanically is embedded in a finite array of polarisable and point ions modelling the crystalline potential and the classical polarisation of the host lattice. The calculated ionisation potential of the ideal surface, which fixes the position of the top of the valence band with respect to the vacuum level, is about 6.7 eV. This value is used as a reference for positioning the energy levels of three charge states of a surface anion vacancy, which are also calculated as ionisation energies with respect to the vacuum level. The surface and vacancy electron affinities are calculated using the same method. As a prototype low-coordinated surface site, we have considered a cube corner. Our calculations predict the splitting of the corner states from the top of the surface valence band by about 1.0 eV. Both unrelaxed and relaxed holes are strongly localised at the corner oxygen ion. The ionisation energies and electron affinities of the corner anion vacancy are calculated. The electrons in the F and F⁺ centres at the corner are shown to be significantly delocalised over surrounding Mg ions.     

锐钛矿型TiO2(101)面原子几何及弛豫结构的第一性原理计算

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO₂(101)面的表面能和表面原子弛豫结构.首先对TiO₂(101)面的6种不同的表面原子终止结构的体系总能量进行了计算,结果表明终止原子为两配位的O原子、次层为五配位的Ti原子的表面结构最为稳定.针对该表面研究了表面能和原子弛豫与模型中原子层数和真空厚度的关系,当原子层数为12层,真空厚度为0.4nm时,表面能收敛度小于0.01J/m².研究发现:表面上两配位的O原子向里移动约0.0012nm,五配 关键词： 第一性原理 2')" href="#">TiO₂ 表面结构 弛豫     

n型InP(100)衬底上电沉积氧化锌薄膜的

采用电化学沉积方法在n型InP(100)(1016)衬底上制备了氧化锌薄膜。探索线性扫描伏安法确定InP与0.1mol/LZn(NO3)2电解液的体系中沉积氧化锌的极化电势,在20℃溶液中,相对于甘汞电极(SCE)的极化电势为-1.1877V。扫描电镜照片显示:随着应用电势的降低,氧化锌薄膜变得紧密平滑;狭窄的X射线衍射峰也说明低电势下薄膜的结晶质量较好。光荧光表征发现低电势下制备的氧化锌薄膜具有良好的发光特性。     

Stimulated photoluminescence emission and trap states in Si/SiO2 interface formed by irradiation of laser

Stimulated photoluminescence （PL） emission has been observed from an oxide structure of silicon when optically excited by a radiation of 514nm laser. Sharp twin peaks at 694 and 692nm are dominated by stimulated emission, which can be demonstrated by its threshold behaviour and linear transition of emission intensity as a function of pump power. The oxide structure is formed by laser irradiation on silicon and its annealing treatment. A model for explaining the stimulated emission is proposed, in which the trap states of the interface between an oxide of silicon and porous nanocrystal play an important role.     

Photoelectron diffraction study of ultrathin film growth of Ni on Pt(111)

X-ray photoelectron diffraction (PD) based on a forward scattering approach (FS-PD) has been used to study the growth mode of the first few Ni monolayers deposited on the Pt(111) surface, with a particular attention to the initial stages of epitaxy, i.e. the formation of the first atomic layer. Strong evidences for a layer-by-layer (or Frank-Van der Merwe) growth mode are reported, substantiated also by theoretical simulations carried out with the single scattering cluster-spherical wave (SSC-SW) framework. The first Ni monolayer grows strained in-plane to match the substrate pseudomorphically even if there is a 10% mismatch between the lattice parameters of Ni and Pt. The multilayer (up at least to six monolayers) maintains the horizontal strain and consequently shows a vertical spacing contraction (tetragonal distorsion). It retains the overall threefold symmetry and azimuthal orientation of the substrate, indicative of a single-domain epitaxial fcc stacking. There is also some evidence (even if it is not conclusive) for the fact that the Ni atoms of the first monolayer occupy hcp sites of the substrate surface.