Ag、P掺杂ZnS的电子结构和光学性质的研究

利用密度泛函理论中的第一性原理计算掺杂Ag、P的ZnS材料,对掺杂Ag、P前后ZnS超晶胞的电子结构以及光学性质进行了分析研究。计算结果表明,掺入杂质后,价带顶出现杂质能级,费米能级进入价带,导致电导率增加,P 3p态电子形成的杂质态具有一定的局域化特性,故P在ZnS中的溶解度比较低,ZnS的光学性质在可见光区有比较明显的变化,而在高能区则比较相似。掺杂后,各谱线在低能区均产生了一个新的峰。     

Be掺杂对ZnO电子结构和光学性质的影响

基于密度泛函理论(DFT)第一性原理计算了Zn1-xBexO化合物的电子结构和光学性质.计算结果表明Zn1-xBexO带隙随掺杂浓度的增加而变大.这种现象主要是由于价带顶O2p随掺杂量x的增加几乎保持不变,而Zn4s随掺杂最x的增加向高能端移动.光学介电函数虚部计算结果表明:在2.0,6.76eV位置随掺杂浓度的增加蜂形逐渐消失,是由于Be替代Zn导致Zn3d电子态逐渐减少所致;而9.9eV峰彤逐渐增强,是由于逐渐形成的纤锌矿结构Beo的价带O2p到导带Be2s的跃迁增加所致.     

Be掺杂对ZnO电子结构和光学性质的影响

基于密度泛函理论（DFT）第一性原理计算了Zn1-xBexO化合物的电子结构和光学性质. 计算结果表明Zn1-xBexO带隙随掺杂浓度的增加而变大. 这种现象主要是由于价带顶O2p随掺杂量x的增加几乎保持不变,而Zn4s随掺杂量x的增加向高能端移动. 光学介电函数虚部计算结果表明：在2.0, 6.76eV位置随掺杂浓度的增加峰形逐渐消失,是由于Be替代Zn导致Zn3d电子态逐渐减少所致;而9.9eV峰形逐渐增强,是由于逐渐形成的纤锌矿结构BeO的价带O2p到导带Be2s的跃迁增加所致.     

NaPd3O4的电子结构和光学性质

用第一性原理对金属化合物NaPd3O4进行了电子结构与光学性质的理论研究.结果表明该材料导电的主要原因是由于Pd原子d轨道电子的贡献,氧原子P轨道电子对导电性也有影响,实质上钠原子对这种材料的导电性几乎没起作用,并且在O原子和Pd原子之间存在着离子键.基于电子能带结构并对介电函数的虚部作相应的解释,同时对NaPd3O4的反射系数、吸收系数、能量损失系数、折射系数和湮灭系数等光学性质进行了研究.     

As、Ga掺杂对Mn4Si7电子结构和光学特性的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了四方本征Mn4 Si7、As掺杂及Ga掺杂(同一周期不同主族进行n、p型掺杂)Mn4 Si7模型的电子结构以及光学性质.通过对其能带、态密度及光学性质的分析可以发现,As、Ga掺入后引入了杂质能带,能带曲线向低能级方向移动,导致禁带宽度减小,杂质的引入使得其介电常数、吸收率...     

ZnS:Er电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波赝势方法,分析了ZnS及掺杂Er3+之后的电子结构,进而预测了其光学性质。结果表明,掺杂之后体系的带隙变窄,同时价带与导带之间形成一个新的中间带。随着掺杂Er3+浓度的增加,体系的绝缘性呈下降趋势,吸收光谱则发生红移现象。这一结论与前人报道的实验结果相符。     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

HfxTi1-xO2电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,研究了金红石结构TiO2以及不同比例Hf替代Ti原子后形成的化合物HfxTi1-xO2的几何结构、电子结构和光学性质.计算结果表明,化合物HfxTi1-xO2都是具有间接带隙的半导体,Hf的替代使TiO2的禁带宽度有不同程度的增加,静态光学介电常数减小,但均高于SiO2,因此能够满足微电子行业对于高k材料的要求.     

Sb掺杂ZnO电子结构和光学性质

为了研究ZnO掺Sb后电子结构和光学性质的变化,采用基于密度泛函理论对纯净ZnO和Sb掺杂ZnO两种结构进行第一性原理的计算。计算结果表明：随着Sb的掺入,体系的晶格常数变大,键长增加,体积变大,系统总能增大。能带中价带和导带数目明显变密,费米能级进入导带,体系逐渐呈金属性,带隙明显展宽。在光学性质方面,主吸收峰的左边出现了新的吸收峰,是由导带上的Zn-4s和Sb-5p轨道杂化电子跃迁所致;同时介电函数虚部波峰发生一定程度的升高,实部静态介电常数也明显增大。     

立方相Ca_2Ge电子结构及热力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平面贋势平面波法对立方相Ca_2Ge的电子结构和声子色散关系进行了研究。分析得到:立方相Ca_2Ge是带隙为0.553eV的直接半导体,导带主要由Ca 3d电子态贡献,决定了立方相Ca_2Ge半导体的特性。由声子色散和声子态密度关系分析得到立方相Ca_2Ge晶格振动声学波由Ca原子和Ge原子贡献,光学波低频段(4.6~5.5THz)主要由Ge原子贡献,高频段(5.5~7.3THz)主要由Ca原子贡献。利用准谐德拜模型研究立方相Ca_2Ge的热力学特性,计算结果表明:恒定温度下,体积变化率、热容和热膨胀系数随压力的升高而降低,体弹模量B随压力的升高而增加;压强恒定条件下,体积变化率和体弹模量B随温度的增加而减小,热膨胀系数和热容随温度的增加而增加,当温度高于800K时,热熔CV受压力的影响较小,且接近Dulong-Petit极限。通过对立方相Ca_2Ge电子结构和热力学特性进行系统的研究得到完整的热力学参量,为Ca_2Ge后期的研究提供理论参考。     

不同浓度Ti掺杂Ca2Si电子结构及光学性质的研究

采用第一性原理方法计算不同Ti含量Ca_2Si的几何结构、能带结构、电子态密度及光学性质。几何结构和电子结构的计算结果表明,Ti掺杂使Ca_2Si的晶格常数a增大,b、c减小,晶胞体积减小。Ca_(2-x)Ti_xSi的带隙变宽,其中掺杂浓度为4.2%时带隙最大为0.55 eV,费米面进入导带,导电类型为n型。Ti的掺入削弱了Ca的3d态电子贡献,费米能级附近电子态密度仍主要由Ca-3d态电子贡献。光学性质的计算结果表明,Ti掺入后介电函数虚部、吸收系数向低能端偏移,光学跃迁强度减弱,反射率在E=0 eV处增大。     

Ce-N共掺锐钛矿TiO2(001)取向电子结构和光学性质

采用第一性原理研究了Ce和N共掺杂锐钛矿TiO_2的稳定性、电子结构和光学性质。结果表明在锐钛矿TiO_2中Ce倾向于间隙掺杂,而N更倾向于O替位掺杂;Ce单掺杂和Ce-N共掺杂都能使TiO_2带隙宽度减小,同时N原子还能在价带顶引入浅受主能级,有利于可见光的吸收和阻止光生载流子-空穴复合;Ce单掺杂和Ce-N共掺杂锐钛矿TiO_2(001)取向都满足光催化制氢条件,因此都具有良好的光催化特性。综合分析带边位置和吸收光谱发现Ce-N共掺杂能有效提高锐钛矿TiO_2(001)取向的光催化制氢能力。     

应力条件下GaN电子结构及光学性质研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波计算方法,系统研究了不同应力作用下GaN的电子结构和光学性质,对比分析了外压调制对GaN的能带结构、态密度和光学性质变化的影响。计算结果表明:随着外应力的逐渐增加,Ga—N的键长逐渐变小,布局数逐渐增加,共价性明显增强,离子性减弱。电子结构计算结果显示导带向高能方向漂移,而整个价带向低能方向漂移,禁带带宽明显被展宽,Ga原子的3d态电子与N原子的2p态电子的杂化程度增强。光学性质计算结果揭示了在没有应力的作用下,在1.6 eV附近开始出现吸收边。随着外应力的逐渐增大,GaN的复介电函数和吸收谱向高能方向漂移,光谱发生了明显的蓝移现象,进而提高了光电转换效率。     

外电场作用下InP电子结构与光学性质的计算

磷化铟(InP)已成为光电器件和微电子器件不可或缺的重要半导体材料。采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,计算了不同外电场作用下InP超胞的电子结构和光学性质。计算结果表明:未加电场时InP的能隙值为0.876eV,随着z轴方向的外电场增大,该值逐渐减小,当电场强度达到1.0×10⁸V/cm时,InP的禁带宽度几乎为0。InP导带区域的总态密度随着外电场增大逐渐向费米面偏移,态密度跨度变小,而价带与导带的情况恰恰相反。外电场对介电函数虚部的影响主要体现在低能量区域(0~7eV),而在较高能量区域内可忽略不计。外电场对InP吸收系数的影响主要集中在近红外波段。     

LiH电子结构与光学性质的密度泛函计算

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法计算了LiH晶体的电子结构和光学性质,给出了电子态密度、介电函数、吸收系数、复数折射率等计算结果,并对计算结果进行了分析.介电函数的虚部、吸收光谱、折射率等的峰值位置存在一一对应关系,这表明它们之间存在着内在的联系,与电子从价带到导带的跃迁吸收有关.

Abstract：

Electronic structure and optical properties of LiH crystal were investigated by using plane-wave ultra-soft pseudopotential method based on density functional theory. Electronic state density, dielectric function, absorption coefficient, and the complex reflectivity index of LiH crystal were calculated and analyzed. The peaks of the imaginary part of dielectric function, absorption spectra and complex reflectivity index of LiH crystal are corresponding with each other. Such results are related to the transition absorption of electrons from valence band to conduction band.     

掺杂β-FeSi2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,对掺入Mn,Cr,Co,Ni的β-FeSi2的几何结构、能带结构和光学性质进行了研究.计算结果表明:(1)杂质的掺入改变了晶胞体积及原子位置,掺杂足调制材料电子结构的有效方式;(2)系统总能量的计算表明Mn掺杂时倾向于置换Fel位的Fe原子,而Cr,Co,Ni倾向于取代Fell位的Fe原子;能带结构的计算表明掺Mn,Cr使得β-FeSi2的费米面向价带移动,形成了P型半导体;而掺Co,Ni则使得β-FeSi2的费米面向导带移动,形成了n型半导体;(3)杂质原子的掺入在费米面附近提供了大量的载流子,改变了电子在带间的跃迁,对β-FeSi2的光学性质造成影响.     

掺杂β-FeSi2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,对掺入Mn,Cr,Co,Ni的β-FeSi2的几何结构、能带结构和光学性质进行了研究.计算结果表明:(1)杂质的掺入改变了晶胞体积及原子位置,掺杂足调制材料电子结构的有效方式;(2)系统总能量的计算表明Mn掺杂时倾向于置换Fel位的Fe原子,而Cr,Co,Ni倾向于取代Fell位的Fe原子;能带结构的计算表明掺Mn,Cr使得β-FeSi2的费米面向价带移动,形成了P型半导体;而掺Co,Ni则使得β-FeSi2的费米面向导带移动,形成了n型半导体;(3)杂质原子的掺入在费米面附近提供了大量的载流子,改变了电子在带间的跃迁,对β-FeSi2的光学性质造成影响.