Ta掺杂对ZnO光电材料性能影响的研究

采用基于密度泛函理论第一性原理的方法, 研究了Ta掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 计算结果表明: 掺入Ta原子后, 费米能级进入导带, 随着掺杂浓度的增加, 带隙逐渐变窄, 介电函数虚部、吸收系数、反射率和折射率均发生明显变化, 介电函数虚部和反射率均向高能方向移动, 吸收边发生红移, 从理论上指出了光学性质和电子结构的内在联系.     

Al和Ni共掺ZnO光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理方法研究了纯ZnO以及掺杂Al,Ni和（Al,Ni）共掺的ZnO材料,对掺杂前后晶体的几何结构、能带结构和电子态密度,特别是光学性质进行了比较分析. 计算结果表明,纯ZnO与Al-ZnO,Ni-ZnO和（Al,Ni）-ZnO的介电函数虚部在低能区有明显的差异,但在高能区则较为相似. 在光学性质上,Al-ZnO较之Ni-ZnO在可见光区的吸收系数和反射率都非常低,反映其在可见光区有高透过率. 而两原子共掺后的（Al,Ni）-ZnO,其光学性质较之单原子掺杂的情况有非常显著的变化. 关键词： ZnO 掺杂 第一性原理 光学性质     

N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究

用平面波赝势方法(PWP)计算了N掺杂锐钛矿型TiO2前后的光学特性,即介电函数虚部ε2(w),光学吸收系数I(w)和反射率R(w).并从能带结构上解释了为什么掺N后锐钛矿型TiO2的光学谱在2.93,3.56和3.97 eV处相对掺杂前会出现3个峰值的原因.从光谱图上分析得出,掺杂后TiO2要发生红移现象,实验现象证实了这一结果.     

Al和N共掺对Zn_(1-x)Mg_xO光学性质的影响

基于密度泛函理论第一性原理方法计算了Al和N共掺对Zn1-xMgxO在紫外光波段和可见光波段光学性质的影响.计算结果表明:光学性质变化主要发生在低能区,在高能区光学性质基本保持不变.介电函数虚部、吸收光谱和消光系数计算表明,Al和N共掺后Zn1-xMgxO的光学吸收边产生红移,对部分紫外光和可见光的吸收增强.介电函数实部和反射光谱计算表明,Al和N共掺后Zn1-xMgxO的反射峰强度增大,静态介电常数ε1(0)从2.64增大为3.23.能量损失谱的计算表明,Al和N共掺后Zn1-xMgxO的等离子体共振频率发生蓝移,共振频率的振幅增大.     

第一性原理研究Be-S共掺杂AlN纳米片的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论体系下广义梯度近似(GGA),利用第一性原理方法计算了Be替代Al、S替代N和Be-S共掺杂对氮化铝纳米片的电子结构和光学性质的影响.计算结果表明,掺杂改变了氮化铝纳米片的带隙,但仍显示半导体特性. Be掺杂类型对氮化铝纳米片的晶体结构影响不大,而S掺杂和Be-S共掺杂都使得氮化铝纳米片有不同程度的弯曲.同时Be-S共掺杂中S原子起到激活受主杂质Be原子的作用,使得受主能级向低能方向移动.共掺杂比单掺杂具有更高的受主原子浓度,并减小局域化程度.光学性质也发生较大改变:S原子掺杂氮化铝纳米片的介电函数虚部出现第二介电峰,Be掺杂和Be-S共掺杂使得损失谱的能量区间有所展宽,峰值降低并向高能区移动.     

Cu-Fe共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO,Cu、Fe单掺杂和Cu-Fe共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果显示:Cu掺杂属于p型掺杂,Fe掺杂属于n型掺杂,单掺杂时Cu-3d态电子和Fe-3d态电子均在禁带形成杂质能级,从而提高ZnO的载流子浓度,改善ZnO的导电性能,而Cu-Fe共掺杂时ZnO半导体进入简并态,呈现金属特性.掺杂后的ZnO介电函数虚部变化主要集中在低能量区域,光谱吸收系数及反射率曲线发生红移,其中本征ZnO对太阳光谱有较好的透射性,Fe单掺杂和Cu-Fe共掺杂ZnO对可见光谱有相似的吸收效果,而Fe单掺杂ZnO对近紫外区域的光谱透射率更小,适用于制备防紫外线薄膜.     

Cu-Fe共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO,Cu、Fe单掺杂和Cu-Fe共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果显示:Cu掺杂属于p型掺杂,Fe掺杂属于n型掺杂,单掺杂时Cu-3d态电子和Fe-3d态电子均在禁带形成杂质能级,从而提高ZnO的载流子浓度,改善ZnO的导电性能,而Cu-Fe共掺杂时ZnO半导体进入简并态,呈现金属特性.掺杂后的ZnO介电函数虚部变化主要集中在低能量区域,光谱吸收系数及反射率曲线发生红移,其中本征ZnO对太阳光谱有较好的透射性,Fe单掺杂和Cu-Fe共掺杂ZnO对可见光谱有相似的吸收效果,而Fe单掺杂ZnO对近紫外区域的光谱透射率更小,适用于制备防紫外线薄膜.     

Cr1-xNbxSi2固溶体弹性性质、电子结构和光学性质的理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,对Nb掺杂CrSi2的晶格结构、弹性性质,电子结构和光学性质进行了系统的研究. 研究结果表明：随着Nb掺杂浓度增加,弹性常数、体变模量、剪切模量、杨氏模量均减小,而且能带间隙也逐渐减小,表现为p型掺杂特点. 基于电子结构计算结果以及已知的实验结果, 讨论了Nb掺杂CrSi2后对其复介电函数、折射率、消光系数、反射率和吸收谱等光学性质的影响.     

Cr_(1-x)Nb_xSi_2固溶体弹性性质、电子结构和光学性质的第一性能计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,对Nb掺杂CrSi_2的晶格结构、弹性性质,电子结构和光学性质进行了系统的研究.研究结果表明:随着Nb掺杂浓度增加,弹性常数、体变模量、剪切模量、杨氏模量均减小,而且能带间隙也逐渐减小,表现为p型掺杂特点.基于电子结构计算结果以及已知的实验结果,讨论了Nb掺杂CrSi_2后对其复介电函数、折射率、消光系数、反射率和吸收谱等光学性质的影响.     

La掺杂6H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及La掺杂6H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,未掺杂6H-SiC是间接带隙半导体,其禁带宽度为2.045 eV,掺杂La元素,形成P型间接半导体,带隙宽度下降为0.886 eV.未掺杂6H-SiC在价带的低能区,Si-3s、C-2s电子轨道对态密度的贡献较大,在价带的高能区,主要是由Si-3p、Si-3s、C-2p态组成.掺杂后La的5d轨道与6H-SiC的sp~3轨道杂化主要贡献在价带部分,而对导带的贡献相对较小,掺杂后电导率提高.未掺杂时,只有一个介电峰,是价带电子跃迁到导带电子所致,掺杂后有两个介电峰,其中第一个介电峰是由sp~3杂化轨道上的电子跃迁到La原子5d轨道上产生.未掺杂6H-SiC,在能量为10.31处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为7.35 eV处,吸收系数达到最大值.     

V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究

对于V高掺杂ZnO,当摩尔分数为0.0417—0.0625时,随着掺杂量的增加,吸收光谱出现蓝移减弱和蓝移增强两种不同实验结果均有文献报道.采用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,构建未掺杂ZnO单胞模型、V高掺杂Zn1-xVxO(x=0.0417,0.0625)两种超胞模型,采用GGA+U方法计算掺杂前后体系的形成能、态密度、分波态密度、磁性和吸收光谱.结果表明,当V的掺杂量(原子含量)为2.083%—3.125%时,随着V掺杂量增加,掺杂体系磁矩增大,磁性增强,并且掺杂体系体积增加,总能量下降,形成能减小,掺杂体系更稳定,同时,掺杂ZnO体系的最小光学带隙增宽,吸收带边向低能级方向移动.上述计算结果与实验结果一致.     

Fe掺杂GaN光电特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论体系,计算了本征GaN材料和12.5%的Fe掺杂GaN体系的光电特性,分析了晶体结构、能带结构和电子态分布、介电函数、吸收系数、折射率、反射率、能量损失谱和消光系数,从理论上讨论了掺杂对体系光电特性的影响.计算所得理想GaN的禁带宽度为3.41 eV,Fe的重掺杂体系明显变窄,为3.06 eV,但仍为直接带隙半导体.本征GaN材料与Fe掺杂GaN体系的静态介电常数为5.74和6.20,折射率为2.39和2.48,能量损失最大值在20.02 eV和18.96 eV,最大吸收系数能量均在13.80 eV左右.计算结果为Fe掺杂GaN高压光电导开关材料及器件的进一步研究提供了有力的理论依据和实验支持.     

第一性原理计算Mo浓度对Mo掺杂BiVO4光催化性能的影响

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了不同浓度的Mo掺杂BiVO₄的V位的电子结构、光学性质和光催化性能.缺陷形成能的计算结果说明BiMo_xV_1-xO₄(x=0.0625, 0.125, 0.25)三种掺杂体系都是可以稳定存在的.电子结构计算结果表明：BiMo_xV_1-xO₄(x=0, 0.0625, 0.125, 0.25)四种体系的带隙分别为2.123 eV,2.142 eV,2.160 eV和2.213 eV.掺杂BiVO₄体系的带隙值均大于本征BiVO₄,且带隙随着Mo浓度的增加而增大. BiMo_xV_1-xO₄(x=0.0625, 0.125, 0.25)三种掺杂体系的能带结构全部向低能量区域移动,导致掺杂体系导带底越过费米能级,Mo掺杂BiVO₄后具...     

不同浓度Mg掺杂单层Janus WSSe的第一性原理研究

二维Janus WSSe作为一种新型过渡金属硫族化合物(TMDs)材料由于其独特的面外非对称结构及众多新颖的物理特性,在自旋电子器件中具有巨大的应用潜力.本文基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,通过构建四种掺杂模型W_9-xMg_xS₉Se₉(x=0、1、2、3),分别计算了不同浓度Mg掺杂单层WSSe的电子结构和光学性质.结果表明：掺杂使得WSSe由直接带隙半导体变为间接带隙半导体,并且随着掺杂浓度的增加,带隙逐渐减小,费米能级穿过价带,使得掺杂体系变成P型半导体,当x=3时,掺杂体系呈现金属性.此外,掺杂体系的静态介电常数随着掺杂浓度的增加而变大,极化程度显著增强,介电函数虚部和光吸收峰都发生了红移,说明掺杂有利于可见光的吸收.并且,静态折射率随着掺杂浓度的增加而呈现上升趋势,同时消光系数的峰值也与Mg原子的掺杂浓度呈现正相关.     

第一性原理研究In,N共掺杂SnO2材料的光电性质

采用全电势线性缀加平面波(FP-LAPW)的方法,基于密度泛函理论第一性原理结合广义梯度近似(GGA),运用Wien2k软件计算了In, N两种元素共掺杂SnO₂材料的电子态密度和光学性质. 研究表明,共掺杂结构在自旋向下和向上两方向上都出现细的局域能级,两者态密度分布不对称;带隙内自旋向下方向上产生局域能级,共掺化合物表现出半金属性;能带结构显示两种共掺杂化合物仍为直接禁带半导体,价带顶随着N浓度的增加发生向低能方向移动,带隙明显增宽;共掺下的介电函数虚部主介电峰只在8.58 eV 关键词： 电子结构 态密度 能带结构 光学性质     

Pr高掺杂浓度对锐钛矿TiO_2的带隙和吸收光谱影响的研究

目前,Pr掺杂对锐钛矿TiO2带隙和吸收光谱研究结果存在相反的结论,红移和蓝移两种实验结果都有文献报道.为解决这个矛盾,本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,对纯的和不同浓度Pr高掺杂锐钛矿TiO2的电子结构和吸收光谱进行了计算.计算结果表明,与纯锐钛矿TiO2相比较,Pr掺杂后,掺杂量越增加,掺杂体系各原子电荷量越减小,掺杂体系总能量越高,形成能越大,稳定性越下降,带隙越窄,吸收光谱红移现象越显著,吸收强度越强.计算结果与实验结果相一致.     

C-Mg掺杂GaN电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理的方法,计算了GaN、C单掺、Mg单掺和C-Mg共掺体系的电子结构和光学性质,计算结果表明:掺杂后,GaN体系的晶格发生畸变,有利于光生空穴-电子对的分离,C-Mg共掺体系结构最稳定,掺杂体系的禁带宽度均减小,其中C-Mg共掺体系的禁带宽度最小,在禁带中引入了杂质能级,说明掺杂可有效降低电子跃迁所需的能量.在光学性质方面,掺杂后,GaN在低能区介电峰和吸收峰均发生红移,且静介电常数增大;其中C-Mg共掺体系的对可见光的吸收最强,极化能力最强,因此C-Mg共掺将有望提高GaN在光催化性能和极化能力.     

Electronic structure and optical properties of non-metallic modified graphene: a first-principles study

In this paper, the electronic structure and stability of the intrinsic, B-, N-, Si-, S-doped graphene are studied based on first-principles calculations of density functional theory. Firstly, the intrinsic, B-, N-, Si-, S-doped graphene structures are optimized, and then the forming energy, band structure, density of states, differential charge density are analyzed and calculated. The results show that B- and Si-doped systems are p-type doping, while N is n-type doping. By comparing the forming energy, it is found that N atoms are more easily doped in graphene. In addition, for B-, N-, Si-doped systems, it is found that the doping atoms will open the band gap, leading to a great change in the band structure of the doping system. Finally, we systematically study the optical properties of the different configurations. By comparison, it is found that the order of light sensitivity in the visible region is as follows: S-doped> Si-doped> pure > B-doped > N-doped. Our results will provide theoretical guidance for the stability and electronic structure of non-metallic doped graphene.     

Fe,Ni掺杂CdS的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理研究了Fe,Ni单掺杂和（Fe,Ni）共掺杂CdS的能带结构、电子态密度分布、介电常数和光学吸收系数,分析了掺杂后电子结构和光学性质的变化.计算结果表明:掺杂体系的CdS晶格常量均减少,能带宽度减小,介电函数虚部ε₂（ω）都在0.53 eV左右出现了一个新峰,吸收光谱发生明显的红移,它们均在1.35 eV处出现较强吸收峰.