砷掺杂的ZnO纳米线的发光特性

在GaAs基底上制备了高质量的直径为10～100 nm、长度约几个微米的As掺杂ZnO纳米线. 扫描电镜、EDX分析及透射电镜分析显示, ZnO纳米线具有较好的晶态结构. 对As掺杂前后的ZnO纳米线进行光学特性测量, 结果表明, ZnO纳米线在385 nm处有较强的紫外发光峰, 在505 nm左右有较弱的蓝绿发光峰; As掺杂较大地改变了ZnO纳米线的发光性质, 使本征发光峰移到393 nm处, 蓝绿发光强度有了很大程度的提高.     

Au掺杂硅纳米线的稳定性和电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法, 对Au掺杂[100]方向氢钝化硅纳米线(SiNWs)不同位置的形成能、能带结构、态密度及磁性进行了计算, 考虑了Au占据硅纳米线的替代、四面体间隙和六角形间隙的不同位置. 结果表明: Au偏爱硅纳米线中心的替代位置. Au掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级, 禁带宽度变窄. 对于Au替代掺杂, 杂质能级主要来源于Au的d、p态和Si的p态, 由于Au的d态和Si的p态的耦合, Au掺杂硅纳米线具有铁磁性. 对于间隙掺杂, 杂质能级主要来源于Au的s态, 是非磁性的. 另外, 根据原子轨道和电子填充模型分析了其电子结构和磁性.     

Y-Cu共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Y和Cu单掺杂ZnO、Y-Cu共掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 计算结果表明, 在本文的掺杂浓度下, Y和Cu单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度, 从而改善ZnO的导电性, Y-Cu共掺时ZnO半导体进入简并状态, 呈现金属性. Y 掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收, 而Cu掺杂ZnO在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象, 其中由于Y离子和Cu离子之间的协同效应, Y-Cu共掺杂ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加, 因此Y-Cu共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件.     

Mn掺杂GaN的电子结构及光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法(PWP)计算Mn掺杂GaN(Ga1-xMnN)晶体的电子结构及光学性质,详细讨论掺杂后电子结构的变化.计算表明,Mn掺杂GaN使得Mn 3d与N 2p轨道杂化,产生自旋极化杂质带,Ga1-xMnxN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.另结合实验结果分析掺杂后体系的光学性质,发现吸收谱在1.3 eV处出现吸收峰,吸收系数随Mn2+浓度增加而增大.分析表明,该峰是源于Mn2+离子e态与t2态间的带内跃迁.     

La或N掺杂SiC纳米线的制备、场发射性能及第一性原理计算

采用化学气相沉积法和气相掺杂法, 分别制备了La 或N掺杂的SiC 纳米线. 利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线能量色散谱(EDS)分析和X射线衍射(XRD)等测试手段对两种产物的微观形貌、元素组成和物相结构进行了系统表征. 以合成产物作为阴极, 对其场发射性能进行测试, 结果表明: SiC 纳米线的开启电场值和阈值电场值由未掺杂的2.3、6.6 V·μm^-1分别降低为1.2、5.2 V·μm^-1(La 掺杂)和0.9、0.4 V·μm^-1(N 掺杂). 采用Material Studio 软件中的Castep 模块建立(3×3×2)晶格结构模型, 对未掺杂、La 或N掺杂SiC 的能带结构和态密度进行计算, 结果显示: La或N掺杂后, 在费米能级附近产生了新的La 5d或N 2p掺杂能级, 导致禁带宽度(带隙)变窄, 使得价带电子更容易跨越禁带进入导带, 从而改善SiC纳米线的场发射性能.     

利用表面修饰调制GaAs纳米线的电子结构

采用第一性原理的密度泛函方法,研究了利用表面修饰来调制GaAs纳米线的电子结构. 在计算中考虑了几种不同的表面钝化材料（H、F、Cl、Br 和I）对GaAs纳米线电子结构的影响. 计算结果表明,不同的原子修饰GaAs 纳米线时对其能带结构的调制主要取决于它们对纳米线表面态的饱和能力. 表面修饰不仅可以调节GaAs纳米线的能隙大小,而且也可以调制其能隙类型. GaAs纳米线的电子结构由表面效应和量子限制效应共同来决定. 使用不同材料修饰表面的GaAs纳米线的能隙随直径的变化幅度并不相同. 表面修饰为实现同种直径和同种结构的GaAs纳米线的能带工程提供了一种新的途径.     

表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化

利用第一性原理计算方法研究了表面悬挂键对GaAs纳米线掺杂的影响及其钝化．计算结果显示,不论是闪锌矿结构还是纤锌矿结构,GaAs纳米线表面Ga原子上带正电荷的表面悬挂键都是一类稳定的缺陷,并且这种稳定性不会随着纳米线直径的变化而变化．这种表面悬挂键会形成载流子陷阱中心从而从p型掺杂的GaAs纳米线俘获空穴,使得纳米线的掺杂效率下降．和NH3相比,NO2 具有足够的电负性来俘获GaAs纳米线表面悬挂键上的未配对电子,从而有效地钝化GaAs纳米线的表面悬挂键,提高纳米线的p型掺杂效率,并且这种钝化特性不会随着纳米线直径的变化而改变．     

Mg掺杂GaN纳米线的结构及其特性

利用类似Delta掺杂技术在硅衬底上沉积Mg:Ga2O3薄膜, 然后在850 ℃下对薄膜进行氨化, 反应后制备出大量Mg掺杂GaN纳米线. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对样品进行分析.结果表明, Mg掺杂GaN纳米线具有六方纤锌矿单晶结构, 纳米线的直径在30-50 nm范围内, 长度为几十微米.     

利用表面修饰调制GaAs纳米线的电子结构

采用第一性原理的密度泛函方法,研究了利用表面修饰来调制GaAs纳米线的电子结构.在计算中考虑了几种不同的表面钝化材料(H、F、Cl、Br和I)对GaAs纳米线电子结构的影响.计算结果表明,不同的原子修饰GaAs纳米线时对其能带结构的调制主要取决于它们对纳米线表面态的饱和能力.表面修饰不仅可以调节GaAs纳米线的能隙大小,而且也可以调制其能隙类型.GaAs纳米线的电子结构由表面效应和量子限制效应共同来决定.使用不同材料修饰表面的GaAs纳米线的能隙随直径的变化幅度并不相同.表面修饰为实现同种直径和同种结构的GaAs纳米线的能带工程提供了一种新的途径.     

In、Sc掺杂对SrTiO_3电子结构和光学性质的影响(英文)

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法,研究了In、Sc p型掺杂对SrTiO_3母体化合物稳定性、电子结构和光学性质的影响.计算结果表明:掺杂后,SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3的稳定性降低,体系显示p型简并半导体特征,掺杂仅引起杂质原子近邻区域的几何结构发生变化.同时,SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3体系的光学带隙分别展寬0.35、0.30 eV,光学吸收边发生蓝移,在1.25.2.00 eV的能量区间出现新的吸收峰,该吸收峰与体系Drude型自由载流子的激发相关.此外,SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3体系的可见光透过率有了明显的提高,在350-625 nm波长范围透过率高于85%.掺杂原子在费米能级处低的电子态密度限制了跃迁概率和光吸收.大的禁带宽度、小的跃迁概率和弱的光吸收是SrIn_(0.125)Ti_(0.875)O_3和SrSc_(0.125)Ti_(0.875)O_3体系具有较高光学透明度的原因.     

First-principles Studies on Electronic Structures of Ga-doped ZnO and ZnS

First-principles calculations have been performed to clarify the differences of the electronic structures of Ga-doped ZnO and ZnS. Results show the local density approximation and local density approximation+U calculations are in good qualitative agreement with each other. After doping, impurity states appear near the Fermi level in both ZnO and ZnS cases.When ZnO is doped, the impurity states are delocalized in the whole conduction band. On the contrary, when ZnS is doped, though the p state of Ga is also delocalized, the s state is localized near the Fermi level. Partial charge density distributions of the frontier orbital show the same information. After an exchange of the crystal structures of ZnO and ZnS,results remain unchanged. The localized Ga s state accounts for the bad electrical properties of Ga-doped ZnS.     

Self Assembly and Electronic Structure of ZnO Nanocrystals

In this paper, we report the synthesis and self assembly of various sizes of ZnO nanocrystals. While the crystal structure and the quantum confinement of nanocrystals were mainly characterized using XRD and UV absorption spectra, the self assembly and long range ordering were studied using scanning tunneling microscopy after spin casting the nanocrystal film on the highly oriented pyrolytic graphite surface. We observe self assembly of these nanocrystals over large areas making them ideal candidates for various potential applications. Further, the electronic structure of the individual dots is obtained from the current–voltage characteristics of the dots using scanning tunneling spectroscopy and compared with the density of states obtained from the tight binding calculations. We observe an excellent agreement with the experimentally obtained local density of states and the theoretically calculated density of states. We dedicate this work to Professor C. N. R. Rao on the occasion of his 75th birthday.     

高能Zn离子注入CaF2基质形成ZnO纳米粒子的机制、构型及电子结构

将高能Zn2+注入到CaF2介电基质中,在CaF2的表面下注入Zn2+浓度呈近似高斯分布,通过氧气氛后经热退火形成ZnO量子点.采用MaterialsStudio和Gaussian98W程序,结合实验结果计算分析了CaF2基质中ZnO纳米粒子的电子结构和光学性质.选取由4个ZnO原胞组成的超晶胞模型计算了ZnO纳米粒子的吸收光谱,理论结果与实验结果相符.对ZnO纳米粒子电子结构的研究结果表明,ZnO纳米粒子与CaF2基质的相互作用主要是ZnO表面的O与基质中Ca之间的作用,这种作用使ZnO纳米晶体的Fermi能级变窄,带隙相应减小;ZnO纳米粒子表面构型的变化对其本征吸收光谱没有影响,理论计算结果与实验值一致.     

First-principles Study on Neutral Nitrogen Impurities in Zinc Oxide

The atomic geometries, electronic structures, and formation energies of neutral nitrogen im-purities in ZnO have been investigated by first-principles calculations. The nitrogen impuri-ties are always deep acceptors, thus having no contributions to p-type conductivity. Among all the neutral nitrogen impurities, nitrogen substituting on an oxygen site has the lowest formation energy and the shallowest acceptor level, while nitrogen substituting on a zinc site has the second-lowest formation energy in oxygen-rich conditions. Nitrogen interstitials are unstable at the tetrahedral site and spontaneously relax into a kick-out configuration. Though nitrogen may occupy the octahedral site, the concentrations will be low for the high formation energy. The charge density distributions in various doping cases are discussed, and self-consistent results are obtained.     

应变调控单层氧化锌能带结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对单层ZnO薄膜能带结构的应变调控进行了研究.计算结果表明:沿着之字形方向的压缩应变和扶椅形方向的拉伸应变对薄膜带隙的调控都是线性的,而且带隙调控的范围最大;相反地,在沿着之字形方向的拉伸应变和扶椅形方向的压缩应变的调控下,带隙则呈现出非线性的变化.对于双轴应变的拉伸与压缩,带隙的变化都是非线性的.这种通过不同的应变加载方式来实现对带隙不同程度的调控,对ZnO薄膜在光学和催化等领域的应用具有重要的指导意义.