SiO2-羟基表面上金属原子的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了SiO2-羟基表面上几种金属原子的吸附性质,发现In和Ga在SiO2-羟基表面上的结合很弱,而Fe,Co,Ni在该表面上与Si,O形成强的化学键.等势能面和扩散势垒计算表明In(Ga)的扩散激活能只有0.1-0.3 eV,表明这两种原子容易在表面上扩散.这些结果可以定性地解释纳米合成中的一些实验现象.     

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与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方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.     

五种SiO_2晶体原子和电子结构的第一性原理研究

α-石英、β-石英、α-方石英、β-方石英和超石英是自然界中SiO_2常见的五种晶型.本文利用第一性原理平面波赝势方法,系统计算了五种SiO_2晶体的体弹性模量、电荷密度、电子态密度,能带结构,并和可获得的实验进行了比较.α-英、β-石英和具有空间群F d3m结构的β-方石英显示间接的带隙,而α-方石英,超石英和具有空间群P2_13和I42d结构的β-方石英显示直接的带隙.五种晶型SiO_2的带隙宽度均大于5.5 eV,都是绝缘体.     

Mg掺杂CuAlO2电子结构的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了CuAlO2晶体电子结构以及替位Mg杂质的特性。结果表明,Mg替代Al原子时形成受主杂质能级,而替代Cu原子时形成施主杂质能级;同时也计算了它们的形成能,发现前者是吸热反应,而后者是放热反应。另外,比较Mg替代Al与Mg替代Cu掺杂前后计算结果,发现前者费米能级变化不是很明显;而后者掺杂后费米能级明显向导带底移动。研究表明掺杂可改变CuAlO2的导电类型和电导强弱,此结果对实验具有很好的参考价值。     

Mg-F受主-施主共掺SnO_2的第一性原理研究

利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Mg-F受主-施主共掺杂SnO_2的结构稳定性、能带结构、态密度及布居分布.结果表明,Mg-F掺杂能形成稳定的掺杂体系,在价带顶附近F 2p的态密度峰值强度较大,Mg-F原子之间杂化强,引入施主掺杂元素F有利于Mg受主掺杂的稳定性,同时Mg-O之间电子重叠布居值增大,原子之间的重叠增加,共有化增强,可使导电性能进一步提升.     

La-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对锐钛矿相TiO_2、La单掺杂及La-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构进行计算,分析La单掺杂及La-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的晶体结构、能带、态密度、差分电荷密度和光吸收性质的影响.结果表明,掺杂后TiO_2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀;掺杂后TiO_2的禁带宽度减小,并在禁带中引入杂质能级,导致TiO_2的吸收图谱产生红移现象;与La单掺杂相比,La-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的红移程度增强.     

La-N共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对锐钛矿相TiO2、La单掺杂及La-N共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构进行计算,分析La单掺杂及La-N共掺杂对锐钛矿相TiO2的晶体结构、能带、态密度、差分电荷密度和光吸收性质的影响. 结果表明,掺杂后TiO2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀;掺杂后TiO2的禁带宽度减小,并在禁带中引入杂质能级,导致TiO2的吸收图谱产生红移现象;与La单掺杂相比,La-N共掺杂锐钛矿相TiO2的红移程度增强.     

Pt-N共掺杂锐钛矿TiO_2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理中的平面波超软赝势(PWPP)方法对理想TiO_2,N单掺杂,Pt单掺杂和Pt-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构进行计算,分析N单掺杂、Pt单掺杂及Pt-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的晶体结构、能带和态密度的影响.计算结果表明:掺杂后TiO_2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀,Pt单掺杂、N单掺杂TiO_2禁带宽度变窄,Pt-N共掺杂TiO_2分别在价带顶和导带底产生杂质能级,且禁带宽度缩小范围大,表明Pt-N共掺杂能进一步提高锐钛矿TiO_2催化性能.     

First-principles calculations of the hole-induced depassivation of SiO2/Si interface defects

The holes induced by ionizing radiation or carrier injection can depassivate saturated interface defects. The depassivation of these defects suggests that the deep levels associated with the defects are reactivated, affecting the performance of devices. This work simulates the depassivation reactions between holes and passivated amorphous-SiO₂/Si interface defects (HP_b+h→ P_b+H⁺). The climbing image nudged elastic band method is used to calculate the reaction curves and the barriers. In addition, the atomic charges of the initial and final structures are analyzed by the Bader charge method. It is shown that more than one hole is trapped by the defects, which is implied by the reduction in the total number of valence electrons on the active atoms. The results indicate that the depassivation of the defects by the holes actually occurs in three steps. In the first step, a hole is captured by the passivated defect, resulting in the stretching of the Si-H bond. In the second step, the defect captures one more hole, which may contribute to the breaking of the Si-H bond. The H atom is released as a proton and the Si atom is three-coordinated and positively charged. In the third step, an electron is captured by the Si atom, and the Si atom becomes neutral. In this step, a P_b-type defect is reactivated.     

N-Mo-W共掺杂金红石相TiO_2的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理与平面波超软赝势法是目前对物质光学性质计算的成熟手段,本文利用MS软件采取该方法对金红石相TiO_2进行了不同掺杂情况下的模拟计算.内容包括未掺杂与单掺杂Mo、单掺杂N、共掺杂Mo-N以及共掺杂N-Mo-W这五种不同情况下TiO_2的能带结构、电子态密度与光学性质分析,通过对计算得出的数据分析有以下结论:单掺杂能改变TiO_2禁带宽度,但相对于共掺杂Mo-N和W-N以及N-Mo-W来说效果欠佳.其中,掺杂W时由于在导带底中出现新的杂质能级,并出现了导带下降幅度大于价带下降幅度的情况,禁带宽度变窄,使得在单掺杂情况中效果明显.而共掺杂中N-Mo-W的价带出现清晰的杂质能级,并且由于该能级介于费米能级附近的关系使得价电子跃迁至导带更为容易,并且此时能级密度较大也是掺杂效果明显的一个重要原因.     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小,Si/SiO2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（ LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si／SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815～2.580nm的Si层厚度范围内, Si／SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si／SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小, Si／SiO2界面吸收系数产生了蓝移; O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si／SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si／SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

First-principles study on linear and nonlinear optical properties of ZnGeP_2

The study of the linear and nonlinear optical properties of Zn Ge P2 based on density functional theory has been carried out. In order to get a more physical picture in the infrared region, terms which are considered as the phonon effect were added to the calculated refractive dispersion curves. The phonon-corrected calculation curves show excellent agreement with experimental refractive indexes, which gives a better comprehension of the linear optical proprieties in the transparent region. The static nonlinear optical susceptibility was investigated using approaches based on the sum over states and the2 n + 1 theorem methods. Both of the results of these two methods reasonably coincided with the experimental results.     

理论研究过渡金属原子修饰石墨炔材料的功能性

采用基于密度泛函理论中第一性原理方法分别对石墨炔负载过渡金属原子(M-gra)体系的稳定构型以及对多种气体小分子的灵敏度和选择性进行理论研究.计算结果表明金属原子吸附在孔洞结构的H2位具有高稳定性,不同种类的金属原子能够有效调控石墨炔体系的电子特性和具有不同的磁矩.比较气体分子的吸附能大小,M-gra衬底对O和OH表现出高的灵敏度,单个NO、NO₂和O₂的稳定性高于CO分子.此外,小分子吸附的M-gra体系具有金属、半金属和半导体特性,在电子和气敏器件领域具有潜在应用.     

金红石型TiO2点缺陷性质的第一性原理研究

本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了金红石相TiO2点缺陷的电子性质,结果表明氧空位缺陷使晶体的费米能量升高,在能隙中没有产生杂质能级.钛空位缺陷使晶体的费米能量降低,并在价带顶部产生了一个杂质能级,与价带顶能量相差约0.4 eV.本文还计算了金红石相TiO2在具有氧空位和钛空位点缺陷情况下的键长变化、态密度和电荷布居状况.     

First-principles study of a new BP2 two-dimensional material

Two-dimensional materials have a wide range of applications in many aspects due to their unique properties. Here we carry out a detailed structural search and design of the BP₂ using the first principles method, and find a new PMM2 sheet. The analysis of the phonon dispersive curves shows that the 2D PMM2 is dynamic stable. The study of molecular dynamics shows that the 2D PMM2 can be stable under high temperature, even at 600 K. Most importantly, when a suitable strain is applied, the structure can exhibit other electronic properties such as direct band gap semiconductor. In addition, the small strain can tune the band gap value of the PMM2 structure to around 1.4 eV, which is very close to the ideal band gap of solar materials. Therefore, the 2D PMM2 may have potential applications in the field of photovoltaic materials.     

Sc掺杂SnO2稀磁半导体的第一性原理研究

采用第一性原理方法,对Sc掺杂SnO2以及含有O空位的Sc掺杂SnO2的电子结构和磁学性质进行了计算。结果表明SnO2晶格中存在两种本征磁性来源,分别为Sc掺杂诱导的未配对O-2p态电子的自旋极化和O空位诱导的未配对Sn-5p态电子的自旋极化。由于两种未配对的弱束缚电子分别由电离施主和受主诱导产生,因此二者之间存在电荷补偿效应,在特定配比下能够使SnO2晶格出现磁性猝灭。     

First-principles study on with nitrogen and anatase TiO2 codoped praseodymium

<正>The crystal structures,electronic structures and optical properties of nitrogen or/and praseodymium doped anatase TiO₂ were calculated by first principles with the plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on density functional theory.Highly efficient visible-light-induced nitrogen or/and praseodymium doped anatase TiO₂ nanocrystal photocatalyst were synthesized by a microwave chemical method.The calculated results show that the photocatalytic activity of TiO₂ can be enhanced by N doping or Pr doping,and can be further enhanced by N+Pr codoping.The band gap change of the codoping TiO₂ is more obvious than that of the single ion doping,which results in the red shift of the optical absorption edges.The results are of great significance for the understanding and further development of visible-light response high activity modified TiO₂ photocatalyst.The photocatalytic activity of the samples for methyl blue degradation was investigated under the irradiation of fluorescent light.The experimental results show that the codoping TiO₂ photocatalytic activity is obviously higher than that of the single ion doping.The experimental results accord with the calculated results.