CaWO4晶体中F型色心电子结构的研究

运用相对论的密度泛函离散变分法(DV-Xa)研究了CaWO4晶体中F型色心的电子结构.计算结果表明,F和F+心在禁带中引入了新的施主能级;分析了晶体内可能存在的光学跃迁模式,并通过过渡态的方法计算了F,F+心跃迁到导带底的能量分别为1.92 eV和2.42 eV.因此,从理论上推断了F和F+心在CaWO4晶体中可能引起650nm和515 nm的吸收,由此说明CaWO4晶体中650 nm和515 nm吸收带起源于晶体中的F和F+心.     

CaWO4晶体中F型色心电子结构的研究

运用相对论的密度泛函离散变分法(DV-Xα)研究了CaWO₄晶体中F型色心的电子结构. 计算结果表明，F和F⁺心在禁带中引入了新的施主能级；分析了晶体内可能存在的光学跃迁模式，并通过过渡态的方法计算了F，F⁺心跃迁到导带底的能量分别为1.92eV和2.42eV. 因此，从理论上推断了F和F⁺心在CaWO₄晶体中可能引起650nm和515nm的吸收，由此说明CaWO₄晶体中650nm和515nm吸收带起源于晶体中的F和F⁺心. 关键词： 4晶体')" href="#">CaWO₄晶体 +心')" href="#">F和F⁺心 DV-Xα     

中子辐照诱生F3聚集心对刚玉晶体光吸收谱影响研究

利用嵌入原子簇模型结合F心的类H离子波函数,研究了α-Al₂O₃晶体中F₃聚集型色心存在时,晶体的能带结构、态密度、Mulliken电荷布居的变化,讨论了色心的光学吸收跃迁模式。结果表明,由于F₃聚集心的存在,在α-Al₂O₃晶体的禁带中引入了1个单能级和1个双重简并色心能级,产生了一个3.54eV的从色心能级到导带底的新的吸收跃迁。与中子辐照后的刚玉晶体的光学吸收实验结果比较,实验测得的0.356μm(3.483eV)处的吸收峰是由于F₃聚集心的电子的吸收跃迁所引起的。同时发现F₃聚集心的格点处的电荷布居比单F心格点处的电荷布居小。     

含色心BaMgF4晶体电子结构的研究

运用相对论性的密度泛函离散变分法(DV-X)研究BaMgF4晶体中F型色心的电子结构.计算中采用冻结原子核的H原子模拟F心,在DV-Xα源程序增加H原子2p态,使F心激发态的计算结果在物理上更加合理.计算结果表明,F心的基态和激发态均出现在禁带中;并用过渡态的方法计算得到F心的电子从基态到激发态的光学跃迁能量为5.12eV,对应242nm处的吸收带,计算结果与实验结果吻合得很好,因此,推测F心在BaMgF4晶体中引起236～274 nm的吸收.     

钼酸铅晶体中F型色心电子结构的理论计算

运用相对论性的密度泛函离散变分(DV-Xα)方法模拟计算PbMoO₄晶体中可能存在的F型色心的电子结构.结果表明,F,F⁺心在PbMoO₄晶体的禁带中引入了施主能级,其光学跃迁能分别是2.141,2.186 eV,即F,F⁺心能分别引起PMO晶体中581,567 nm的吸收,该吸收与PbMoO₄晶体中580 nm的吸收峰对应.因此,可推断F型色心能引起PMO晶体中由光色效应引起的580 nm吸收.     

Co-Cr共掺杂金红石型TiO_2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,采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明:纯金红石的禁带宽度为3.0eV,Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21eV,导带顶和价带底都位于G点处,仍为直接带隙,在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级;Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85eV,在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成,导带和价带都向低能级方向移动;Co-Cr共掺杂,由于电子的强烈杂化,使O-2p态和Ti-3d态向Co-3d和Cr-3d态移动,使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动,极大地减小了禁带的宽度,也是共掺杂改性的离子选择依据.掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动;在E2.029eV的范围内,纯金红石的ε2、k和吸收系数为零,掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度,Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂,说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁,具有更佳的可见光催化性能.     

铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体及对比组的电子结构和光学特性.研究显示,单掺铜或铁铌酸锂晶体的杂质能级分别由Cu 3d轨道或Fe 3d轨道贡献,禁带宽度分别为3.45和3.42 eV;铜、铁共掺铌酸锂晶体杂质能级由Cu和Fe的3d轨道共同贡献,禁带宽度为3.24 eV,吸收峰分别在3.01,2.53和1.36 eV处;Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体中Mg^2+浓度低于阈值或高于阈值(阈值约为6.0 mol%)的禁带宽度分别为2.89 eV或3.30 eV,吸收峰分别位于2.45 eV,1.89 eV或2.89 eV,2.59 eV,2.24 eV.Mg^2+浓度高于阈值,会使吸收边较低于阈值情况红移;并使得部分Fe^3+占Nb位,引起晶体场改变,从而改变吸收峰位置和强度.双光存储应用中可选取2.9 eV作为擦除光,2.5 eV作为读取和写入光,选取Mg^2+浓度达到阈值的三掺晶体在增加动态范围和灵敏度等参量以及优化再现图像的质量等方面更具优势.     

金红石TiO2晶体中F型色心电子结构及其吸收光谱研究

运用Ｆ型色心的类氢离子波函数结合电荷自洽离散变分法,对ＴｉＯ２晶体中Ｆ型色心的电子结构进行了计算,并利用能量最小原理优化了色心格点周围的Ｔｉ,Ｏ离子结构,得到了ＴｉＯ２晶体中Ｆ,Ｆ＋和Ｆ＾２＋心的能带、态「密度,并讨论了色心的光学跃迁模式,计算结构表明,Ｆ,Ｆ＾＋心在ＴｉＯ２晶体的禁带中引入的旋主能级,Ｆ＾２＋心在禁带中引入了浅受主能级,Ｆ和Ｆ＋心的光学跃有分别是０．８５ｅＣ,１．６７ｅＣ,经还原     

La单掺4H-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4H-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4C-SiC其禁带宽度为2.257 eV。La掺杂后带隙宽度下降为1.1143eV,导带最低点为G点,价带最高点为F点,是P型间接半导体。掺杂La原子在价带的低能区间贡献比较大,而对价带的高能区和导带的贡献比较小。未掺杂4H-SiC在光子能量为6.25 eV时,出现一个介电峰,这是由于价带电子向导带电子跃迁产生。而La掺杂后,出现3个介电峰,分别对应的光子能量为0.47eV、2.67eV、6.21eV,前两个介电峰是由于价带电子向杂质能级跃迁产生,第三个介电峰是由于价带电子向导带电子跃迁产生。La掺杂后4H-SiC变成负介电半导体材料。未掺杂4h-SiC的静态介电常数为2.01,La掺杂的静态常数为12.01。     

Mn掺杂6H-SiC的第一性原理研究

本文通过密度泛函理论第一性原理平面波超软赝势计算方法计算了Mn掺杂6H-SiC的电子结构与光学性质。计算结果显示掺杂Mn后的6H-SiC为间接带隙p型半导体,且带隙较本征体有所降低,带隙由2.022 eV降为0.602 eV,电子从价带跃迁所需能量减少。掺杂后的Mn的3d能级在能带结构中以杂质能级出现,提高了载流子浓度,导电性增强。光学性质研究中,掺杂Mn后的介电函数虚部在低能处增加,电子激发态数量增多,跃迁概率增大。掺杂后的光吸收谱能量初值也较未掺杂的3.1 eV扩展到0 eV,反射谱发生红移。由于禁带宽度的降低使得光电导率起始范围得到扩展。     

Ab initio calculations of electronic structures of SrMoO4 crystals containing F and F color centers

The electronic structures of SrMoO₄ crystals containing F and F⁺ color centers with the lattice structure optimized are studied within the framework of the fully relativistic self-consistent Dirac–Slater theory, using a numerically discrete variational (DV-Xα) method. From the calculation, it is concluded that F and F⁺ color centers have donor energy level in the forbidden band. The electronic transition energies from the donor level to the bottom of the conduction band are 1.855 eV and 2.161 eV, respectively, which correspond to the 670 nm and 575 nm absorption bands. It is predicted that the 670 nm and 575 nm absorption bands originate from the F and F⁺ centers in SrMoO₄ crystals.     

First-principles study on electronic states of SrWO4 crystals containing F-type color centers

The electronic structures of the SrWO₄ crystals containing F-type color centers are studied within the framework of the fully relativistic self-consistent Dirac–Slater theory using a numerically discrete variational (DV-X^α) method. The calculations indicate that either F or F⁺ center has donor energy level within the forbidden band. The electronic transition energies from the two donor levels to the bottom of the conduction band are 1.82 eV and 2.28 eV corresponding to the 685 nm and 545 nm absorption bands, respectively. It is, therefore, concluded that the 545–685 nm absorption bands are originated from the F and F⁺ center in SrWO₄ crystal respectively.     

First-principles study on the origin of optical transitions to be associated with F colour centers for PbWO4 crystals

The electronic structures of PbWO₄ crystals containing F type color centers with the lattice structure optimized are studied within the framework of the fully relativistic self-consistent Direc–Slater theory, using a numerically discrete variational (DV-Xα) method. The calculated results show that F and F⁺ centers have donor energy level in forbidden band. Their optical transition energy are 1.84 eV, 2.21 eV, respectively, which corresponds to the 680 nm, 550 nm absorption bands. It predicts that the 680 nm, 550 nm absorption bands originate form the F and F⁺ centers in PbWO₄ crystals.     

First-principles study on electronic structures of BaWO4 crystals containing F-type color centers

The electronic structures of BaWO₄ crystals containing F-type color centers are studied within the framework of the fully relativistic self-consistent Dirac-Slater theory, using a numerically discrete variational (DV-Xα) method. It is concluded that F and F⁺ color centers have donor energy level in the forbidden band. The optical transition energies are 2.449 and 3.101 eV, which correspond to the 507 and 400 nm absorption bands, respectively. It is predicted that 400-550 nm absorption bands originate from the F and F⁺ color centers in BaWO₄ crystals.     

PbWO4闪烁晶体的发光动力学模型

在对PbWO₄闪烁晶体的光谱特性、发光衰减及其温度依赖以及热释光的研究基础上,并结合理论计算,提出了PbWO₄晶体发光的动力学模型,给出了PbWO₄晶体的基本能带结构及激子发光中心能态、陷阱能级在能隙中的位置。用此模型可以完整说明PbWO₄的发光过程,特别是导致室温下发光效率低的原因。最后还对其主发射成分蓝、绿发光中心的起源作了简要讨论。     

First-principles study of the H and F centers in LiYF4

We have investigated the electronic structures of the LiYF₄ containing interstitial fluorine atoms and F center (a fluorine ion vacancy trapping an electron) using first-principles density functional theory. It is found that the interstitial fluorine atoms in two different interstitial positions would combine with its nearest neighbor two or three formal lattice fluorine ions forming fluorine molecular ions or by different ways, which would cause the 260 nm absorption band. Simultaneously, our study indicates that one electronic state appears in the forbidden band of the perfect LiYF₄ crystal resulting from the F center in the LiYF₄ crystal. And the energy difference of this electronic state and the bottom of the conduction band is 3.74 eV, corresponding to the 331 nm absorption band. It is predicted that the 330 nm absorption band could arise from the F center in LiYF₄ crystals.     

钨酸铅晶体的本征色心和辐照诱导色心

根据钨酸铅晶体(PbWO4,简称PWO)的缺陷化学和晶体结构特点,用光吸收谱、广延X射线吸收精细结构(EXAFS)和精密X射线衍射(XRD)方法对高温退火后PWO晶体进行微结构研究,获得了其退火前后缺陷变化的情况,据此提出生成态(asgrown)晶体中350nm本征色心吸收带起源于V-F空穴心,并指出PWO中紫外区色心吸收带的强度取决于晶体中铅空位和氧空位浓度之差:[VPb]-[VO];然后,结合晶体在紫外光(UV)辐照过程中色心的转化规律和偏振吸收谱的实验结果,提高420nm辐照诱导色心吸收带起源于V0F双空穴心.并对所提出的PWO晶体色心模型的合理性进行了讨论. 关键词： 钨酸铅 本征色心 辐照诱导色心 色心模型