KDP晶体中点缺陷Na取代K的电子结构研究

 对磷酸二氢钾(KDP)晶体中Na取代K点缺陷的几何结构及电子结构进行了第一性研究。计算的形成能约为0.46 eV,因此在KDP晶体中此类缺陷比较容易形成。Na取代K以后没有在带隙中形成缺陷态,但在价带中引入两个占据态。它们分别位于费米面以下49 eV和21.5 eV处,这两个占据态分别由Na原子的s和p轨道形成。相对于K来说,由于它们位于价带深处,具有很低的能量,因此Na在KDP中比K稳定。Na在KDP晶体中与周围氧原子的重叠布居仅为0.09, 故它不与主体原子发生共价作用,仅以静电库仑力影响周围原子,此缺陷周围晶格仅发生微小畸变。     

KDP晶体中点缺陷Na取代K的电子结构研究

对磷酸二氢钾(KDP)晶体中Na取代K点缺陷的几何结构及电子结构进行了第一性研究。计算的形成能约为0.46 eV,因此在KDP晶体中此类缺陷比较容易形成。Na取代K以后没有在带隙中形成缺陷态,但在价带中引入两个占据态。它们分别位于费米面以下49 eV和21.5 eV处,这两个占据态分别由Na原子的s和p轨道形成。相对于K来说,由于它们位于价带深处,具有很低的能量,因此Na在KDP中比K稳定。Na在KDP晶体中与周围氧原子的重叠布居仅为0.09, 故它不与主体原子发生共价作用,仅以静电库仑力影响周围原子,此缺陷周围晶格仅发生微小畸变。     

KDP和尿素晶体电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理的平面波超软赝势法对KDP(KH₂PO₄)和尿素(CH₄N₂O)晶体的能带结构、电子态密度、电荷差分密度以及布局分析进行了计算讨论.结果表明:尿素晶体中的C1-O1、C1-N1、N1-H2和N1-H1键都具有共价键特性,带隙值为4.636 eV,价带顶主要由H-1s与N、O的2p态贡献,导带底主要是H-1s与C、N、O的2p态贡献;KDP晶体的H1-O1键具有离子性而P1-O1则具有共价性,带隙宽度为5.713 eV,价带顶主要由O-2p以及P-3p贡献,导带底主要由H-1s、P-3s和3p以及K-4s和3p态贡献.     

第一性原理研究Fe及其团簇缺陷对KDP和ADP晶体激光损伤的影响

由于金属杂质离子对晶体损伤性质有不容忽视的影响,受实验条件限制,Fe及其团簇缺陷对晶体的影响机制尚不明确。采用第一性原理的方法,对磷酸二氢钾(KDP)和磷酸二氢铵(ADP)晶体中的Fe及其团簇缺陷进行模拟研究,确定其对晶体结构及光学性质方面的影响。研究发现,Fe进入KDP和ADP晶体中主要以取代P原子形成FeO₄基团最稳定,且其稳定形式以Fe³⁺为主。磁性状态研究发现磁性条件对晶体的结构和能量影响不大,Fe对晶体的损伤主要通过引起200～300 nm范围明显的光学吸收影响损伤阈值。Fe进入晶体中形成团簇缺陷可通过电荷补偿与O空位(VO)复合,几乎不会与OH空位(VOH)复合,团簇缺陷以Fe对晶体结构和性质的影响为主。     

用第一性原理研究K空位对 KDP晶体激光损伤的影响

 用基于密度泛函理论及超软赝势的第一性原理研究了KH­­­₂PO₄(KDP)晶体中K空位的电子结构、形成能及驰豫构型。讨论了K空位形成后电荷密度的重新分布、相应的电子态密度和能带结构等性质。计算得到中性K空位的形成能为6.5 eV, 远小于间隙K原子点缺陷形成能13.07 eV。K空位的存在使晶胞体积增大, 分别沿结晶学轴a方向增大近0.8%, b方向增大近0.87%, c方向增大近1.2%,同时使与之配位的8个氧原子发生较大位移,使这8个氧形成的空腔体积增大近3.2%。空腔体积的增大不仅促进了各种点缺陷的扩散迁移,而且有利于其它杂质原子的填隙。K原子迁移率的增大会引起离子电导率的增大,因而会降低KDP的激光损伤阈值,因此从这个方面讲,K空位的存在是不利的。但是如果能从实验上（如热退火）利用K空位所造成的扩散通道排出或改善缺陷结构,则可提高KDP晶体的光学质量。     

用第一性原理研究K空位对KDP晶体激光损伤的影响

用基于密度泛函理论及超软赝势的第一性原理研究了KH2PO4(KDP)晶体中K空位的电子结构、形成能及驰豫构型。讨论了K空位形成后电荷密度的重新分布、相应的电子态密度和能带结构等性质。计算得到中性K空位的形成能为6.5 eV, 远小于间隙K原子点缺陷形成能13.07 eV。K空位的存在使晶胞体积增大, 分别沿结晶学轴a方向增大近0.8%, b方向增大近0.87%, c方向增大近1.2%,同时使与之配位的8个氧原子发生较大位移,使这8个氧形成的空腔体积增大近3.2%。空腔体积的增大不仅促进了各种点缺陷的扩散迁移,而且有利于其它杂质原子的填隙。K原子迁移率的增大会引起离子电导率的增大,因而会降低KDP的激光损伤阈值,因此从这个方面讲,K空位的存在是不利的。但是如果能从实验上（如热退火）利用K空位所造成的扩散通道排出或改善缺陷结构,则可提高KDP晶体的光学质量。     

碘化铟晶体本征缺陷的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对正交碘化铟（InI）晶体可能存在的6种本征点缺陷（碘空位、铟空位、碘占铟位、铟占碘位、碘间隙、铟间隙）结构进行优化. 通过缺陷形成能的计算,得出各缺陷在生长过程中形成的难易程度;通过态密度的计算,分析出各种缺陷能级位置及其对载流子传输的影响. 结果表明：最主要的低能缺陷铟间隙会引入复合中心和深空穴陷阱,前者降低少数载流子的寿命,后者俘获价带的空穴而降低空穴的迁移率-寿命积. 计算结果为实验中提高InI 晶体载流子的迁移率-寿命积提供理论指导,对获得性能优异的InI核辐射探测材料有重要帮助. 关键词： 碘化铟 形成能 缺陷能级 深空穴陷阱     

Fe-Cr-Ni合金中点缺陷形成及相互作用的第一性原理研究

奥氏体不锈钢由于具有良好的力学性能和耐腐蚀性,被广泛应用于核电工业。奥氏体不锈钢受辐照会产生多种点缺陷,进而影响材料力学性能。为了研究304NG奥氏体不锈钢中点缺陷的产生机理,以面心立方Fe-Cr-Ni合金为模型,利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了多种点缺陷结构的晶格常数,形成能,结合能,扩散迁移及相互作用,并计算了γ-Fe中相应的的性质作为对照.研究结果表明：Fe空位和Fe-Fe <100>哑铃是Fe-Cr-Ni合金中容易形成的点缺陷.基于对这两种点缺陷的迁移能垒分析,发现Fe-Fe <100>哑铃要比空位更易迁移.在Fe-Cr-Ni合金中相邻Fe空位存在吸引作用,会促进孔洞的形成;Fe空位-Fe-Fe <100>哑铃及Fe空位-Fe-Cr <100>哑铃均存在较弱的排斥作用,此外,在第一近邻位置和第二近邻位置的八面体间隙Fe原子都会和空位结合,使体系恢复为完整晶胞.     

α-Fe氦缺陷及弹性模量的第一性原理研究

基于密度泛函理论,针对聚变堆结构钢中子辐照后氦效应进行第一性原理模拟研究.通过计算α-Fe中He缺陷形成能,来分析不同类型He缺陷相对稳定性及磁性的影响,并针对相对稳定的替位He缺陷,计算氦缺陷对α-Fe弹性模量的影响.结果表明:磁性对替位氦缺陷影响较小,结合态密度数据可知,替位氦可能引起晶格常数增大和体模量降低,且氦相对浓度减小可能会引起对弹性模量降低影响的弱化.     

六方AlN本征缺陷的第一性原理研究

用基于密度泛函理论平面波赝势法首先对六方AlN本征点缺陷(氮空位、铝空位、氮替代铝、铝替代氮、氮间隙、铝间隙)存在时的晶格结构进行优化，得到其稳定结构；然后通过各缺陷形成能的计算可得知其在生长过程中形成的难易程度；最后从态密度的角度对各种本征点缺陷引起的缺陷能级及电子占据情况进行了分析.发现除氮空位外其他本征缺陷在带隙中形成的能级都很深，要得到n型或p型AlN必须要引入外来杂质.计算得到的本征缺陷能级对于分析AlN的一些非带边辐射机理有重要帮助. 关键词： 六方AlN 形成能 缺陷能级 态密度     

不同荷电态替位缺陷Sp对磷酸二氢钾激光损伤的影响

采用第一性原理方法计算了KH₂PO₄(KDP)晶体中各种荷电态的硫取代磷替位缺陷(S_P)的几何驰豫构型及电子结构.讨论了该缺陷形成后电荷密度的重新分布、相应的电子态密度、能带结构等性质.主要结果为:虽然中性态、±1以及+2荷电态的S_p替位缺陷并没有在带隙中形成占据态,但它们削弱了SO₄基团与周围原子的结合力,从而形成相对孤立的SO₄基团,相对于无缺陷晶体而言,这种局域松散的结 关键词： 光学材料 晶体缺陷 激光损伤 第一性原理计算     

A Debye model for point defects in aluminosilicate crystals

Summary In aluminosilicate lattices, exchanges between silicon and aluminum ions are expected to originate charged point defects of opposite signs. Thermodynamic arguments, based on a model analogous to the Debye electrolyte model, allow evaluation of the equilibrium density of defects as a function of temperature. The electric field of point defects is found to be screened by charge distribution even at distances small enough to affect the ground-state energy of electrons trapped by the defect positive charges. Calculations show that large fluctuations of trapped electron energy are expected. These results agree with data from thermoluminescence experiments on different aluminosilicates, which showed broad distributions of electron traps.     

Electron paramagnetic resonance study of impurities and point defects in oxide crystals

In this topic review the results of the X-band electron paramagnetic resonance (EPR) measurements of Mn, Co, Cr, Fe ions in YAlO₃ (YAP) crystals and Fe ions in LiNbO₃ (LNO) crystals and of chromium doped Bi₁₂GeO₂₀ (BGO) and Ca₄GdO(BO₃)₃ single crystals, are presented. It is well known that the oxide crystals (for example:YAP, LNO, BGO) are one of the most widely used host materials for different optoelectronic applications. The nature of point defect of impurities and produced in the oxide crystal after irradiation by bismuth ions and after irradiation by the ²³⁵U ions with energy 9.47 MeV/u and fluency 5?×?10¹¹?cm^?1 is discussed. The latter is important for applications of these oxide crystal as laser materials.     

Influence of limited defects in crystals on the Kikuchi lines

The electron-diffraction patterns from silicon with curved Kikuchi lines were obtained. It is revealed that curving of Kikuchi lines takes place simultaneously with the shift of point reflections from their normal positions. It is found that curving of Kikuchi lines is caused by limited defects in silicon crystals.     

A non-singular continuum theory of point defects using gradient elasticity of bi-Helmholtz type

In this paper, we develop a non-singular continuum theory of point defects based on a second strain gradient elasticity theory, the so-called gradient elasticity of bi-Helmholtz type. Such a generalised continuum theory possesses a weak nonlocal character with two internal material lengths and provides a mechanics of defects without singularities. Gradient elasticity of bi-Helmholtz type gives a natural and physical regularisation of the classical singularities of defects, based on higher order partial differential equations. Point defects embedded in an isotropic solid are considered as eigenstrain problem in gradient elasticity of bi-Helmholtz type. Singularity-free fields of point defects are presented. The displacement field as well as the first, the second and the third gradients of the displacement are derived and it is shown that the classical singularities are regularised in this framework. This model delivers non-singular expressions for the displacement field, the first displacement gradient and the second displacement gradient. Moreover, the plastic distortion (eigendistortion) and the gradient of the plastic distortion of a dilatation centre are also non-singular and are given in terms of a form factor (shape function) of a point defect. Singularity-free expressions for the interaction energy and the interaction force between two dilatation centres and for the interaction energy and the interaction force of a dilatation centre in the stress field of an edge dislocation are given. The results are applied to calculate the finite self-energy of a dilatation centre.     

KDP晶体金刚石车削参数对晶体雾化的影响

安装在高功率激光系统中的KDP晶体,其表面质量是一个很重要的问题。单点金刚石车削是唯一获得透射波前误差和激光损伤阈值的方法,尤其是在紫外UV波段。KDP晶体表面雾化与金刚石车削参数有关。研究金刚石车削参数主要是为了提高KDP晶体的频率转化效率。研究结果表明,在金刚石切削中使用一种纯净的切削油和适宜的加工参数能大大地减少晶体表面的雾化。     

第一性原理研究KDP晶体中Ba取代K点缺陷

 用基于第一性原理的CASTEP模拟了Ba替代K缺陷前后形成的电子结构和能态密度。发现晶体能带宽度降至6.4 eV左右,对应着380 nm的双光子吸收,这一结果可以解释掺Ba晶体在紫外波段的吸收现象。Ba替代K点缺陷仅使其周围的晶格及电子结构发生轻微畸变,对晶体整体结构影响不大。