Mg、Ge、Te、Zn掺杂LiFePO4电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了Mg、Ge、Te、Zn掺杂的LiFePO4的能带结构、总态密度以及分态密度. 研究结果显示：Mg、Ge、Te、Zn掺杂的LiFePO4的带隙低于本征体系,有利于电子的跃迁.本征LiFePO4的能带与掺Mg、Ge、Te、Zn体系带隙之差分别为0.04 eV,0.263eV,0.691eV,1.251eV, 说明掺杂Mg、Ge、Te、Zn能够有效的对其能带实现精确调控.在费米能级处,Mg、Ge、Te、Zn掺杂LiFePO4的态密度主要由Fe的d轨道贡献.     

Be、Mg掺杂AlN电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(Density Functional Theory)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算分析了纤锌矿结构的AlN晶体和Be、Mg掺杂AlN晶体的晶格参数、结合能、能带结构、总体态密度、分波态密度、差分电荷分布及电荷集居数.计算结果表明:Be和Mg都是良好的p型掺杂剂,但是Be掺杂AlN晶体比Mg提供的空穴更多,Be比Mg更有利于AlN晶体的p型掺杂.     

Be、Mg 掺杂AlN电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(Density Functional Theory) 框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算分析了纤锌矿结构的AlN晶体和Be、Mg掺杂AlN晶体的晶格参数、结合能、能带结构、总体态密度、分波态密度、差分电荷分布及电荷集居数．计算结果表明: Be和Mg都是良好的p型掺杂剂,但是Be掺杂AlN晶体比Mg提供的空穴更多,Be比Mg更有利于AlN晶体的p型掺杂．     

Si掺杂Al_2O_3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si0.167Al0.833O1.5,Si0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析.结果发现:随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5 e V,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si0.167Al0.833O1.5,Si0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

Si掺杂Al2O3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析. 结果发现：随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5eV,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

稀土掺杂对LiFePO4性能影响的第一性原理研究

掺杂是提高LiFePO4体相电子电导率, 优化其电化学性能的重要方法之一. 稀土元素因具有高的电子电荷、大的离子半径以及强的自极化能力, 成为掺杂改性的重要选择. 本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土元素 (La, Ce, Pr) 掺杂的锂离子电池正极材料LiFePO4的性质. 计算结果表明, 稀土元素掺...     

Sb、Ce掺杂Mg2Ge的第一性原理研究

此文用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法系统的计算了Sb、Ce掺杂Mg₂Ge的能带结构、态密度以及光学性质,获得了Mg₂Ge掺杂Sb后,费米面进入导带,呈现n型导电;Mg₂Ge掺杂Ce后,上自旋电子在费米能级附近处的价带和导带有一部分重叠,呈现半金属特性,进入导带电子数目增多,导电性增强. Sb、Ce掺杂Mg₂Ge后,其主要吸收峰都小于未掺杂Mg₂Ge,在可见光区域的透过率增大;Sb掺入后,在能量低于2.6 eV反射谱出现红移,Ce掺入后Mg₂Ge的吸收范围明显宽于本征Mg₂Ge;掺杂改善了Mg₂Ge对红外光子的吸收等有益结果.     

掺杂Mg2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法系统计算了Mg2Si及掺Ag、Al的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明,未掺杂Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0.2994 eV,其价带主要由Si的3p及Mg的3s、3p态电子构成,导带主要由Mg的3s、3p及Si的3p态电子构成,静态介电常数为18.89,折射率为4.3460.掺Ag后Mg2Si为p型半导体,价带主要由Si的3p,Mg的3s、3p及Ag的3p、4d、5s态电子构成,静态介电常数为11.01,折射率为3.3175.掺Al后Mg2Si为n型半导体,导带主要由Mg的3s、3p,Si的3p及Al的3p态电子构成,Al的3s态电子贡献相对较小,静态介电常数为87.03,折射率为9.3289.通过掺杂有效调制了Mg2Si的电子结构,计算结果为Mg2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

Cd、Sr掺杂Mg2Ge电子结构和光学性质的第一性原理研究

此文用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,分别研究了本征、掺Cd、掺Sr的Mg₂Ge的能带结构、电子态密度和光学性质.研究结果表明,本征Mg₂Ge是一种间接带隙半导体,带隙值为0.228eV.Sr的掺入使其变成带隙为0.591 eV的直接带隙半导体,Cd掺杂Mg₂Ge后表现出半金属性质.掺杂后的主要吸收峰减小,吸收谱范围增加.在可见光能量范围内,掺杂的Mg₂Ge有更低的反射率,对可见光的利用率增强.此外,掺杂还提高了高能区的光电导率.     

第一性原理计算N掺杂对InNbO4电子结构的影响

宽带隙（3.83 eV）半导体光催化材料InNbO4在紫外光作用下具有分解水和降解有机物的性能。最近实验发现了N掺杂InNbO4具有可见光下分解水制氢的活性。为了从理论上解释这一实验现象,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了N掺杂对InNbO4的能带结构、态密度和光学性质的影响。分析能带结构可得,N掺杂后在InNbO4的价带（O 2p）上方形成N 2p局域能级,导致电子跃迁所需的能量减小。吸收光谱表明,N掺杂后InNbO4的光吸收边出现了红移,实现了可见光吸收。     

第一性原理计算N掺杂对InNbO_4电子结构的影响

宽带隙(3.83 e V)半导体光催化材料InNbO_4在紫外光作用下具有分解水和降解有机物的性能.最近实验发现了N掺杂InNbO_4具有可见光下分解水制氢的活性.为了从理论上解释这一实验现象,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了N掺杂对InNbO_4的能带结构、态密度和光学性质的影响.分析能带结构可得,N掺杂后在InNbO_4的价带(O 2p)上方形成N 2p局域能级,导致电子跃迁所需的能量减小.吸收光谱表明,N掺杂后InNbO_4的光吸收边出现了红移,实现了可见光吸收.     

Zn空位对Al-P共掺杂ZnO电子结构影响的第一性原理计算

采用第一性原理平面波赝势法计算ZnO（Al,P）体系的晶格参数和电子结构,重点分析Zn空位对体系晶体结构、形成能、态密度的影响.计算结果表明：Al和P共掺杂过程中,Al_Zn-P_Zn有更低的形成能,能带分析呈现n型.并随着Zn空位浓度的增大使得掺杂后的晶胞体积减小,晶格常数c先增大后减小.存在Zn空位的掺杂体系形成能比Al_Zn-P_O掺杂体系低,体系较稳定.能带分析呈现p型趋势.Al和P以1∶2的比例掺杂时,体系的形成能降低,体系更稳定;同时,比较1个V_Zn和2个V_Zn的Al_Zn-P_Zn共掺杂体系的能带结构发现,随着Zn空位浓度增大,带隙增大,体系p型化特征增强.Al_Zn-2P_Zn共掺杂体系带隙减小为0.56 eV,更有利于提高其导电性质.然而出现2V_Zn后,带隙增大为0.73 eV,小于本征ZnO带隙,p型化程度更强烈;此外态密度分析表明2V_Zn的Al_Zn-2P_Zn共掺杂使得态密度更加分散,更多的电子穿过费米能级使得p型化更明显.因此,将Al/P按1∶2的比例共掺且Zn空位增至2个时,可以获得导电性能更好的p型ZnO.     

第一性原理计算A、B位掺杂对NaNbO_3电子结构的影响

钙钛矿结构的NaNbO3具有光催化分解水和降解有机物的性能,但其禁带宽度为3.40eV,因此仅具有紫外光响应.为了实现其可见光响应,本文通过密度泛函理论计算探讨了A位(Ag+)掺杂和B位(Sb5+、V5+)掺杂对NaNbO3的电子结构和光吸收性能的影响.结果表明,掺杂Ag+后,O 2p轨道和Ag 4d轨道杂化进而导致价带位置上移.掺杂Sb5+后,Nb 4d轨道和Sb 5s5p轨道杂化,导致导带位置下移.掺杂V5+后,Nb 4d轨道和V 3d轨道杂化,也导致导带位置下移.基于上述结果,提出了通过A、B位掺杂NaNbO3实现其光吸收红移的机制,本研究对通过掺杂调控NaNbO3光催化材料的光吸收方面有一定的指导意义.     

Na、 Be、 Mg掺杂单层MoS_2的第一性原理研究

本文基于第一性原理研究了Na、 Be、 Mg掺杂单层MoS_2的稳定性、能带结构、态密度以及电荷分布.得到Be掺杂单层MoS_2体系在实验上较容易实现,在三者掺杂体系中稳定性最强.与此同时,掺杂体系的带隙值都降低,有利于电子的跃迁,增强了导电性能;掺杂原子打破了原体系的平衡关系,导致周边S原子p轨道上的多余的电子会与近邻Mo原子d轨道上的电子产生相互作用;平衡的打破,也导致了杂质原子周围存在着电荷聚集和损失的现象.     

掺铝3C-SiC电子结构的第一性原理计算及其微波介电性能

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对比研究了未掺杂和Al掺杂3C-SiC材料的电子结构和介电常数.结果表明:Al掺杂后,Fermi能级进入价带,带隙宽度略为加宽,在8.2—12.4 GHz范围内介电常数大幅度增大.利用燃烧合成法制备了Al掺杂的3C-SiC粉体吸收剂,通过矢量网络分析仪测试了样品在8.2—12.4 GHz范围内的微波介电常数,验证了理论计算结果,并讨论了微波损耗机理.     

第一性原理计算A、B位掺杂对NaNbO3电子结构的影响

钙钛矿结构的NaNbO3具有光催化分解水和降解有机物的性能,但其禁带宽度为3.40 eV,因此仅具有紫外光响应。为了实现其可见光响应,本文通过密度泛函理论计算探讨了A位（Ag+）掺杂和B位（Sb5+、V5+）掺杂对NaNbO3的电子结构和光吸收性能的影响。结果表明,掺杂Ag+后,O 2p轨道和Ag 4d轨道杂化进而导致价带位置上移。掺杂Sb5+后,Nb 4d轨道和Sb 5s5p轨道杂化,导致导带位置下移。掺杂V5+后,Nb 4d轨道和V 3d轨道杂化,也导致导带位置下移。基于上述结果,提出了通过A、B位掺杂NaNbO3实现其光吸收红移的机制,本研究对通过掺杂调控NaNbO3光催化材料的光吸收方面有一定的指导意义。     

镓掺杂氧化锌和硫化锌电子结构差异的第一性原理

运用第一性原理进行了相关计算研究Ga掺杂的ZnO和ZnS的电子结构的差异. 结果表明,LDA和LDA+U计算的结果在定性上是一致的. 掺杂Ga以后,ZnO和ZnS的费米能级处均出现杂质态. 掺杂中的ZnO,杂质态在导带是离域的. 掺杂后的ZnS,虽然p态比较离域,但其s态在费米能级处却是局域的. 前线轨道的电荷密度分布也给出了相同的信息. 交换ZnO和ZnS的晶格结构,结果不变. 局域化的Ga-s态是导致掺杂ZnS电学性能差的原因.     

稀土元素Sc、Tm掺杂GaSb的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法研究了本征GaSb以及稀土元素Sc、Tm掺杂后的GaSb的电子结构和光学性质.计算结果表明：Sc、Tm掺杂后GaSb仍为直接带隙的P型半导体. Sc掺杂后GaSb在导带中诱导了浅能级缺陷态,带隙变窄. Tm掺杂后GaSb在导带中诱导了深能级缺陷态,带隙变宽. Sc、Tm掺杂后使能量损失减小并且均增强了GaSb对中红外波段光子的吸收,其中Sc掺杂效果更佳,在4.3μm(0.28 eV)处存在吸收峰,峰值为1.7×10~5 cm^-1,且直到波长为6.8μm(0.18 eV)时,光吸收系数仍能达到1×10~5 cm^-1.计算结果为拓展GaSb基半导体材料在红外探测器、红外半导体激光器等领域的应用提供理论参考.     

Mn-N共掺杂TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了Mn、N掺杂TiO2和Mn-N共掺杂TiO2的能带结构、态密度和Mn-N共掺TiO2对体系介电函数与吸收谱的影响.研究结果表明,Mn掺杂TiO2的能带结构的禁带内出现的杂质能级是由Mn 的3d轨道贡献;N掺杂TiO2在费米能级处的杂质能级则由O 2p, Ti 3d和N 2p轨道杂化形成; Mn-N共掺的TiO2能带在费米能级处的杂质能级则由O 2p, Ti 和Mn的3d以及N 2p轨道杂化形成; 对于介电函数,在低能区间(<2.5 eV),理想TiO2无介电峰, Mn-N共掺体系则出现了两个介电峰,原因在于Mn 3d态和N 2p态使介电峰值向低能区移动;同时,与理想TiO2的吸收谱相比,最大的变化是在可见光区出现了一个吸收峰,且在可见光区的响应的范围变宽.