在立方氧化锆中MgO的掺入对其高压电子结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论框架下的平面波超软赝势方法,分别计算了70 GPa压力下立方氧化锆理想晶体以及在其中掺入MgO时的电子结构和光学性质. 计算结果表明,掺入MgO使得立方氧化锆禁带宽度稍微减小,从而导致其吸收边发生微小红移,但不影响立方氧化锆在可见光范围内的高压光吸收性（吸收系数仍为零）. 70GPa压力下,立方氧化锆理想晶体和在其中掺入MgO时均在可见光区保持透明. 同时,在立方氧化锆中掺入MgO使得大约120nm处的反射谱主峰峰值强度有所降低,以及约120nm处的能量损失谱主峰向长波方向移动,峰值强度有明显地降低.     

掺杂Fe、F对ZnO电子结构和光学性质的影响

本文采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势法,建立了Zn16O16、Zn15Fe1O16、Zn16O15F1、Zn15Fe1O15F1超晶胞,对掺杂前后ZnO超晶胞的能带结构分布、光学性质进行了计算与分析。计算结果表明：共掺杂Fe、F体系的形成能比单掺杂更小,稳定性更高;共掺杂体系的共价性最弱,更利于光生电子-空穴对的分离,且共掺杂体系的杂质能级数变得更为密集,电子更容易从低能级跃迁到高能级,进而提高光催化活性;Fe3+的掺入导致费米能级进入导带,产生莫特相变,使之导电性增强;共掺杂体系的介电函数虚部向低能方向移动,在可见光区域的吸收峰值明显增大,说明Fe、F共掺杂是一种很好的光催化材料。     

Cu2Se电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面超赝势方法计算研究了Cu2Se的电子结构、态密度和光 学性质。能带结构分析表明Cu2Se为半金属、上价带主要由Se的4p电子构成下价带主要由Cu的3d电子构成静态介电常数为1.41折射率为7.74吸收系数在可见光范围内最小值为1×105cm−1且在高能区对光子的吸收减小为零其电子能量损失峰在26.84eV正好对应反射系数急剧下降的位置光电导率的波谷出现的能量范围与前面的吸收系数和消光系数的峰值和波谷出现的位置完全对应。     

Cu2Se电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面超赝势方法计算研究了Cu2Se的电子结构、态密度和光 学性质。能带结构分析表明Cu2Se为半金属、上价带主要由Se的4p电子构成下价带主要由Cu的3d电子构成静态介电常数为1.41折射率为7.74吸收系数在可见光范围内最小值为1×105cm−1且在高能区对光子的吸收减小为零其电子能量损失峰在26.84eV正好对应反射系数急剧下降的位置光电导率的波谷出现的能量范围与前面的吸收系数和消光系数的峰值和波谷出现的位置完全对应。     

不同压强下BiI3的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论研究了压强对BiI3的结构、电子和光学性质的影响,研究过程中考虑了自选轨道耦合（SOC）效应。计算的能带结果表明：在0GPa条件下,BiI3具有1.867电子伏特的间接带隙,随压强的提升带隙值降低;施加压强也能增强BiI3的光吸收系数和光电导率。0GPa条件下,BiI3的吸收系数为4×105 cm-1,光电导率为3×103 Ω-1•cm-1,因此 BiI3可作为光伏应用的备选材料。     

下地幔硅酸盐矿物的结构和电子相变对其高压下光学性质的影响

基于第一性原理平面波超软赝势法并结合局域密度近似,计算了(Mg_(0.875),Fe_(0.125))SiO_3钙钛矿和(Mg_(0.9),Fe_(0.1))SiO_3后钙钛矿晶体在高压下的光学性质.计算数据表明:(1)钙钛矿的结构相变将导致其吸收性增强,证实了基于实验数据的推断.(2)后钙钛矿二价铁吸收带的波数位置与实验观测结果相近.(3)在后钙钛矿相区,压力将导致吸收带的强度缓慢增加,但二价铁自旋态的转变对其吸收谱的影响却非常微弱.(4)钙钛矿的结构相变将导致其折射率升高;在后钙钛矿相区,压力及自旋态转变对折射率的影响不明显.(5)波数大约在12500 cm~(-1)以下,后钙钛矿折射率随波数的增加而降低,钙钛矿的折射率则变化不大;波数大约在12500 cm~(-1)以上,钙钛矿折射率随波数的增加而增大,后钙钛矿的折射率则显著上升.     

高压下LiNbO3晶体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第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO3晶体波态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收系数,能量损失函数以及光电导率. 研究发现：外界压强大于10Gpa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生“蓝移”.研究表明,高压可以有效调控LiNbO3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下LiNbO_3晶体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第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO_3晶体态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO_3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收函数,能量损失函数以及光电导率.研究发现:外界压强大于10GPa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生"蓝移".研究表明,外界高压可以有效调控LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO_3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

替位和间隙原子N对ZnO电子结构和光学性质的影响

本文采用密度泛函理论,深入研究了N作为替位和间隙原子对ZnO电子结构和光学性质的影响,结果表明：由于N在八面体间隙位置的形成能小所以更倾向于占据八面体间隙位置;N掺杂ZnO会形成p型半导体;N在间隙位置能够明显的缩小带隙宽度,可以有效的促进ZnO对光的吸收;在可见光区,处于间隙位置的N具有良好的光学吸收谱并且产生明显的红移,这与带隙的变化规律一致。     

不同3d过渡金属掺杂对ZnS电子结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对掺杂不同3d过渡金属元素的闪锌矿型ZnS系统进行了研究。结果表明,掺杂元素的主要贡献在费米面附近,掺杂后系统的价带底、导带均向低能方向移动,带隙变小。Fe、Mn、Cr、V的掺杂为n型掺杂,Cu、Ni、Co的掺杂为p型掺杂。掺杂后系统的光学吸收边都有明显的红移,在绿光区有较强的吸收。此外,V和Cr掺杂系统在远紫外区也有较强的吸收,结果与实验符合。     

First-principles study of the electronic structure and optical properties of cubic Perovskite NaMgF_3

The structural, electronic, and optical properties of cubic perovskite NaMgF3 are calculated by plane-wave pseudopo- tential density functional theory. The calculated lattice constant a0, bulk modulus B0, and the derivative of bulk modulus B~ are 3.872/~, 78.2 GPa, and 3.97, respectively. The results are in good agreement with the available experimental and theo- retical values. The electronic structure shows that cubic NaMgF3 is an indirect insulator with a wide forbidden band gap of Eg = 5.90 eV. The contribution of the different bands is analyzed by total and partial density of states curves. Population analysis of NaMgF3 indicates that there is strong ionic bonding in the MgF2 unit, and a mixture of ionic and weak covalent bonding in the NaF unit. Calculations of dielectric function, absorption coefficient, refractive index, electronic energy loss spectroscopy, optical reflectivity, and conductivity are also performed in the energy range 0 to 70 eV.     

C与Na掺杂AlN电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,计算了本征AlN,C-AlN,Na-AlN以及C-Na-AlN四种体系的电子结构和光学性质.得出结论：掺杂后各体系与本征AlN相比发生了晶格畸变,C-Na-AlN体系的结合能最小,体系最稳定.掺杂体系相比于本征AlN,禁带宽度都有不同程度的减小,导致电子在体系内跃迁时的概率增大,其中C-Na-AlN体系尤为明显,电子跃迁所需要的能量更小.掺杂后吸收带边发生了红移,拓宽了AlN体系对光的响应范围,增强了光吸收,并且C-Na-AlN体系在可见光区域内光吸收能力最强,在介电函数图的分析中可以得到,C-Na-AlN体系的介电常数最大,表明其电荷束缚能力最强,体系稳定性强,极化能力最好.     

第一性原理研究缺陷对高压下LiF的电子结构和光学性质的影响

基于密度泛函理论下的平面波超软赝势方法,本文计算了102 GPa压力下LiF理想和含空位（Li-1 、F+1）晶体的电子结构和光学性质.结果表明:102 GPa压力下理想LiF晶体有良好的透明性;高压下Li-1及F+1两种空位的存在不影响LiF的光学透明性.分析其原因：LiF是一种带隙很宽的离子晶体,电子发生跃迁需要较高的能量; LiF中F元素的电负性很大,Li的电负性却很小,二者结合的Li-F键键能很高.另外本文还计算了102 GPa压力下理想LiF晶体及Li-1 、F+1两种空位分别存在时的反射、折射率、介电函数和光损失函数等一些光学性质,并将理想和含空位的做了比较,结果表明：102 GPa压力下空位的存在对LiF在可见光范围内这些光学性质都不产生影响,但由于F+1空位的存在使LiF晶体对光的吸收发生了红移现象.     

BaHfO3纳米薄膜电子结构、光学和弹性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）下研究了厚度为0.626～2.711nm (100)面BaHfO3薄膜的电子结构、光学和弹性性质．电子结构和光学性质计算结果表明：以BaO为表面层原子的BaHfO3纳米薄膜均为直接带隙半导体材料,带隙随薄膜厚度减小而逐渐减小,表现出明显的量子尺寸效应,此时薄膜的光学吸收边发生红移,吸收带出现窄化现象．以HfO2作为表面层原子的BaHfO3薄膜则属于间接带隙半导体材料,且带隙随薄膜厚度减小而微弱增加．弹性性质计算结果表明：体弹模量、剪切模量和杨氏模量等表征材料硬度的力学参数均随BaHfO3纳米薄膜厚度减小而显著减小,呈现尺寸效应．电荷密度分布分析揭示了薄膜厚度改变了BaHfO3纳米薄膜的价健特性,这是材料硬度改变的内在原因．该研究结果为BaHfO3纳米薄膜材料的设计与应用提供了理论依据．     

第一性原理研究空位点缺陷对高压下LiF的电子结构和光学性质的影响

基于密度泛函理论框架下的平面波超软赝势方法,分别计算了102GPa压力下LiF理想晶体、含Li^-1空位和F⁺¹空位点缺陷晶体时的电子结构和光学性质.结果表明: 空位点缺陷的存在使得LiF能隙中出现了缺陷态;在可见光范围内,空位点缺陷的存在不会影响LiF的高压光吸收性(吸收系数仍为零); 在紫外光波段,Li^-1空位存在时在约99—114 nm波段内出现了弱的吸收, F⁺¹空位存在时在约99—262 nm波段内出现了明显的吸收; Li^-1,F⁺¹两种空位分别存在时对LiF的反射谱和能量损失谱产生的影响都集中在紫外光区,与对光吸收产生的影响相似. 关键词： LiF 第一性原理 空位点缺陷 光学透明性     

第一性原理计算研究立方氮化硼空位的电学和光学特性

对立方氮化硼的空位进行了基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法的研究. 通过对总能量、能带结构、态密度及电子密度分布图的分析发现, B空位相比起N空位更加稳定. 并且空位仅影响最近邻原子的电子分布, 空位浓度的增加使禁带宽度逐渐变窄. 从复介电函数和光学吸收谱分析中发现, 随着空位浓度的增加, 立方氮化硼在深紫外区的吸收逐渐减弱. 并且B空位还导致在可见光区域出现明显的吸收带. 关键词： 立方氮化硼 空位 第一性原理 电光学特性     

掺氧化钙及相变对高压下立方氧化锆电子结构和光吸收的影响

研究表明,立方氧化锆可作为冲击波实验中的窗口材料.为了使得该材料在常态下保持结构稳定,需添加稳定剂——氧化钙.然而,掺杂会导致其在29 GPa的冲击压力下从立方转变为斜方Ⅱ结构相.因此,该材料在冲击压缩下的电子结构和光学吸收性质以及作为光学窗口的适用压力范围是值得研究的重要问题.本文运用第一性原理的方法,分别计算了在100 GPa范围内两种结构氧化锆的电子结构和光学吸收性质.结果表明:(1)在立方结构相区,冲击压力将导致其吸收边蓝移,而在斜方Ⅱ结构相区,却使得其吸收边红移;(2)在立方结构相区,掺杂将引起能隙变窄(吸收边红移),但对于斜方II相区,却导致能隙变宽(吸收边蓝移);(3)冲击结构相变使得能隙变窄,吸收边红移.本文数据建议,掺氧化钙的立方氧化锆在95GPa的冲击压力范围内可作为光学窗口材料.     

应力效应对tP10-FeB_4的电子结构与光学性质的影响

由于具有高强度、超硬度、良好的热稳定性和半导体性质等特点,tP10-FeB_4可以在高温、高压的条件下使用,所以本文采用密度泛函理论,深入研究高压下tP10-FeB_4的电子结构和吸收系数、反射率、折射率等光学性质并得出了如下几点结论:随着压强的增大,电子的重叠增大,进而导致轨道杂化、能带宽度变宽,压缩带隙. tP10-FeB_4的价带顶部和导带底部主要由Fe的3d、B的2p和2s轨道构成. tP10-FeB_4在紫外区间有良好的吸收谱,是潜在的紫外吸收材料.而在可见光区吸收较小且对可见光的折射率比较大,因此可以考虑用于制作光导纤维.