(GaAs)_1(AlAs)_1(001)超晶格电子结构的从头计算

本文用密度泛函线性丸盒轨道原子球近似方法(DFT-LMTO-ASA)对(GaAs)_1(AlAs)_1(001)超晶格的电子结构进行了第一原理性计算。利用Lowdin微扰法在矩阵元中计入d态的影响,可使本文方法仅用阶数很小(32×32)的久期方程便可较满意地处理这个超晶格系统。计算并讨论了该超晶格的带隙,导带极小值处各本征态的分波特性以及GaAs和AlAs层间的价电子转移。我们的结果同最近用计算量大得多的从头算赝势法和完整势线性缀加平面波(FLAPW)法所得的结果进行了比较。结果表明,本文方法不仅具有合理的精度,而且有快速高效率的特点,更适于研究层数较多或结构更复杂的半导体超晶格,如(GaAs)m(AlAs)n等系统的电子结构性质。     

应变层超晶格(InAs)n(InP)n(001)电子结构的LMTO计算

基于Linearized-Muffin-Tin Orbitals(LMTO)能带方法,采用内部求和计入空d轨道的处理,对(InAs)_n(InP)_n(001),(n=1,2,3)应变层超晶格的电子结构进行了第一性原理计算。得出了其能带结构,态密度分布(对n=1)。考察了In4d轨道对能带计算的影响,并采用冻结势方法求出了(InAs)_n(InP)_n(001),(n=1,2,3)的价带边不连续值△E_v。 关键词：     

生长在GexSi1-x合金衬底(001)面上的应变GaAs层的电子能带结构

采用紧束缚方法计算了GaAs/Ge_xSi_(1-x)(001)的电子能带结构.按GaAs的畸变势常数实验值决定紧束缚参数随键长变化的标度定律指数.计算时同时考虑由应变引起的键长和键角变化对电子能带结构的影响.计算结果表明:当衬底合金组分x<0.3时,应变GaAs层将由直接能隙结构转变成间接能隙结构.除L点导带能谷外,其它各导带底能谷的电子电导率有效质量均基本保持不变.为了使应变GaAs层仍保持较好的电学特性,衬底合金组分x最好大于或等于0.5. 关键词：     

应力对(GaP)_1/(InP)_1(111)超晶格体内和表面电子结构的影响

考虑到应力对超薄层(GaP)_1/(InP)_1(111)结构中Ga-P和In-P键长的作用为均匀分布的情况,本文提出在紧束缚近似下,将应力的影响直接反映到Harrison的交迭积分项中,并利用Recursion方法全面计算了由Keating模型确定的稳定(GaP)_1/(InP)_1(111)超晶格体内和表面的电子结构,结果表明,这种材料的带隙为1.88eV,它比体材料GaP(2.91eV)和InP(1.48eV)的平均值小0.31eV.通过对辅助模型的研究,可以发现随键长应力的增大,系统带隙加宽,费密能级移动,同时计算得到的各晶位上原子的电子占有数结果清楚地反映了InP的离化程度比GaP高,最后证明这类应力超晶格(111)表面有类似的SP_z+P_x—P_y退杂化轨道存在,但是各分波轨道对它的贡献与(GaAs)_1/(AIAs)_1(001)超晶格中(001)表面的相应情况是不同的。     

生长在Si(OO1)衬底上的超晶格(Si_2)_4/(GaAs)_4的电子能带结构及光学性质

按照Peressi等的第一性原理赝势计算得到的原子几何构形及能带边不连续值,采用紧束缚方法计算了生长在Si(001)衬底上的超晶格(Si_2)_4/(GaAs)_4的电子能带结构及光跃迁振子强度.相应于两种不同的原子几何构形:X端界面及Y端界面情况,超晶格具有不同的基本带隙.但是不管哪种情况,它们都存在能量近乎简并的两类导带底能谷——Γ能谷及△能谷,它们的价带顶都处在Γ点.X端界面超晶格的价带顶附近的状态主要由GaAs层的价态波函数组成.对于Y端界面超晶格的价带顶附近的状态,Si层和GaAs层的价态波函数     

(GaAs)n(n=1-4)原子链电子输运性质的理论计算

本文利用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法, 对 (GaAs)_n(n=1-4)直线原子链与Au(100)-3×3两半无限电极耦合构成Au-(GaAs)_n-Au纳米结点的电子输运性质进行了第一性原理计算. 在各结点拉伸过程中, 对其结构进行了优化, 得到各结点稳定平衡结构时Ga-As的平均键长分别为0.220, 0.224, 0.223, 0.223 nm, 平衡电导分别为2.328G₀, 1.167G₀, 0.639G₀, 1.237G₀; 通过对结点投影态密度的计算, 发现电子传输主要是通过Ga, As原子中p_x与p_y电子轨道相互作用形成的π键进行的. 在0-2 V的电压范围内, 对于(GaAs)_n(n=1-3)的原子链的电流随电压增大而增大, I-V曲线呈线性关系, 表现出类似金属导电行为; 对于(GaAs)₄原子链在0.6-0.7 V, 0.8-0.9 V的电压范围内却存在负微分电阻现象.     

第一性原理对(NaP_3)_n(n=1～5)团簇的几何结构和性质的研究

本文采用第一性原理研究了(NaP_3)_n(n=1~5)团簇的几何结构、能隙、电荷分布以及态密度.研究结果表明:NaP_3团簇为线型结构,是(NaP_3)_n(n=1~5)团簇中的基本单元,随着n增大,团簇转变为环状结构和空间结构;(NaP_3)_3团簇的能隙出现峰值,表明该团簇较其他团簇有较高的稳定性;(NaP_3)_3团簇中对于高能量区域的态密度是由Na 3s和P 3p轨道贡献,其中在费米附近的能量主要由P 3p轨道贡献,对于低能量区域的态密度主要由Na 3s轨道贡献;(NaP_3)_n(n=1~5)团簇中的Na原子电荷分布均为正值,表明电荷总体上是从Na原子转移到P原子.     

Al_nW_m(n+m=3)混合小团簇的结构和稳定性的密度泛函研究

在相对论原子核势近似下,采用密度泛函理论B3LYP方法,对AlnWm(n m=3 )结构进行优化,得出稳定的平衡结构,计算了稳定结构的电离势,电子亲和能,最高占据 轨道(HUMO)和最低空轨道(LUMO)及二者之间的能隙.得出混合团簇较单一成分团簇稳定的结论.     

AunXm(n+m=4,X=Cu，Al，Y)混合小团簇的结构和稳定性研究

采用基于密度泛函理论的B3LYP方法，优化了Au_nX_m(n+m=4,X=Cu，A l，Y)二元混合团簇的稳定结构.计算了稳定结构的平均结合能、电离势、电子亲和势、最高占据轨道能级和最低空轨道能级及二者间的能隙.结合Mulliken集居数分析研究了二元混合团簇稳定存在的规律，得出掺杂可以增强团簇稳定性的结论. 关键词： 混合团簇 结合能 能隙 分子轨道集居数     

Ba(Mg1/3Nb2/3)O3电子结构第一性原理计算及光学性能研究

Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃ (BMN)复合钙钛矿陶瓷具有高介电常数和高品质因子等介电性能, 预示了其在光学领域的应用前景. 本文采用第一性原理方法计算了BMN的电子结构, 对其本征光学性能进行分析和预测. 对固相合成六方相BMN的XRD 测试结果进行Rietveld精修(加权方差因子R_wp=6.73%, 方差因子R_p=5.05%), 在此基础上建立晶体结构模型并对其进行几何优化. 运用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法, 对六方相BMN晶体模型的能带、态密度和光学性质进行理论计算. 结果表明BMN的能带结构为间接带隙, 禁带宽度E_g=2.728 eV. Mg-O和Ba-O以离子键结合为主, Nb-O以共价键结合为主, 费米面附近的能带主要由O-2p和Nb-4d 态电子占据, 形成了d-p轨道杂化. 修正带隙后, 计算了BMN沿[100]和[001]方向上的复介电函数、吸收系数和反射率等光学性质. 结果表明, BMN近乎光学各向同性, 在可见光区, 其本征透过率为77%< T <83%, 折射率为1.91< n <2.14, 并伴随一定的色散现象. 实验测试结果与理论计算结果相吻合.     

聚合型硼氢化物(BH3)n(n=1-3)的几何结构与光谱的研究

采用不同方法B3P86,B3LYP,MP2和LSDA,结合Dunning的相关一致基组cc-PVTZ,对聚合型硼氢化物(BH₃)_n(n=1-3)分子的可能几何构型进行优化计算,得出最稳定构型的几何参数、电子结构、振动频率和光谱等性质参数,并给出了最稳定结构的总能量(E_T),结合能(E_BT),平均结合能(E_av),电离势(E_IP),能隙(E_g),费米能级(E_F)等.结果表明:采用密度泛函DFT中的方法B3P86计算的能量最低,结构参数更接近文献值;三种硼氢化物分子基态都为1重态,电子态分别为¹A',¹A和¹A; BH₃分子的最稳定几何构型为平面三角形结构;B₂H₆为对称性乙烯式D_2h立体结构,H-B之间生成氢桥式三中心双电子键;B₃H₉为C_3ν立体结构,也生成氢桥式三中心双电子键,但三个氢桥三中心双电子键彼此隔离.最后分析了三种氢化物的红外和拉曼光谱、平均结合能、电离势、能隙和费米能级等特性,说明(BH₃)_n(n=1-3)三分子中B₂H₆最稳定,H-B桥键键长比端键更长,最强峰红外光谱强度最大. 关键词： 聚合型硼氢化物 几何构型 光谱     

ZnSe/GaAs(100)界面电子结构的计算

利用形式散射理论的格林函数方法，采用紧束缚最近邻近似下的sp³s模型，计算了ZnSe/GaAs(100)两类界面(Se/Ga和As/Zn界面)的电子结构.分别给出了两类界面的界面带结构和波矢分辨的层态密度及其分波态密度.计算结构表明，在ZnSe/GaAs(100)两类界面的禁带隙中均无界面态，而在其价带区均存在三条束缚的界面带和四条半共振带；通过比较，分析了两类界面的界面态特征及其来源. 关键词：     

用赝势微扰法计算某些半导体的能带结构(用于GaAs,GaP和Ga[As1-xPx]合金)

用赝势微扰法计算了GaAs,GaP和Ga[As_1-xP_x]合金的能带。赝势选择的原则是使计算所得直接能隙和间接能隙与实验值相符合。计算结果表明,不但能带次序准确,而且与室温下的实验值符合得很好。基于由GaAs到GaP晶格常数和赝势是线性变化的假设,计算了GaP含量为20％,50％和80％时Ga[As_1-xP_x]合金的能带。当GaP含量为41％时,直接能隙和间接能隙相等,这一数值刚好是Spitzer和Fenner的实验值的平均值。此时,由于很好满足光激射器p-n结所要求的条件,因此可望在光激射器中得到应用,它们的能带也就有一定的参考价值。     

(Si)n/(Ge)n超晶格几何结构

本文用Keating模型计算了Si_1-xGe_x(x=0—1)作衬底、沿(100)方向生长的(Si)_n/(Ge)_n(n=1—6)应力超晶格的几何结构,并讨论了衬底对超晶格生长的影响,计算结果发现对于(Si)_n/(Ge)_n超晶格,用适当的Si_1-xGe_x作衬底有利于超晶格的生长。 关键词：     

用赝势微扰法计算某些半导体的能带结构(用于GaAs,GaP和Ga[As_(1-x)P_x]合金)

用赝势微扰法计算了GaAs,GaP和Ga[As_(1-x)P_x]合金的能带。赝势选择的原则是使计算所得直接能隙和间接能隙与实验值相符合。计算结果表明,不但能带次序准确,而且与室温下的实验值符合得很好。基于由GaAs到GaP晶格常数和赝势是线性变化的假设,计算了GaP含量为20％,50％和80％时Ga[As_(1-x)P_x]合金的能带。当GaP含量为41％时,直接能隙和间接能隙相等,这一数值刚好是Spitzer和Fenner的实验值的平均值。此时,由于很好满足光激射器p-n结所要求的条件,因此可望在光激射器中得到应用,它们的能带也就有一定的参考价值。     

晶格失配对GaInP/In_xGa_(1-x)As/In_yGa_(1-y)As倒装三结太阳电池性能影响的分析

传统GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池因受其带隙组合的限制,转换效率再提升空间不大.倒装结构三结太阳电池因其更优的带隙组合期望可以得到更高的效率.基于细致平衡原理,结合P-N结形成机理,应用MATLAB语言对双晶格失配GaInP(1.90 eV)/In_xGa_(1-x)As/In_yGa_(1-y)As倒装结构三结太阳电池底、中电池的不同带隙组合进行模拟优化.模拟结果表明在AM1.5D,500倍聚光(500 suns)下,禁带宽度组合为1.90/1.38/0.94 eV的带隙最优,综合材料成本与试验条件,当顶、中电池最优厚度组合为4μm和3.2μm时理论转化效率高达51.22%,此时两个异质结的晶格失配度分别为0.17%和2.36%.忽略渐变缓冲层生长后底电池位错的影响,通过计算0.17%的晶格失配引入1.70×105cm~(-2)的插入位错密度,对比单晶格失配GaInP/GaAs/In_(0.32)Ga_(0.68)As(0.99 eV)倒装结构三结太阳电池光电转化效率仍提高了0.3%.     

Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法, 研究了Cr和W掺杂对单层二硫化钼(MoS₂)晶体的电子结构性质的影响. 计算结果表明: 当掺杂浓度较高时, W对MoS₂的能带结构几乎没有影响, 而Cr的掺杂则影响很大, 表现为能带由直接带隙变为间接带隙, 且禁带宽度减小. 通过进一步分析, 得出应力的产生是导致Cr掺杂的MoS₂电子结构变化的最直接的原因.     

(TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理中基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)方法, 设计了一种新的(TiO₂)₁₂ 量子环结构, 研究了它的几何结构、平均结合能及电子云分布等属性. 在此新型结构的基础上, 分别采用过渡金属化合物MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, WSe₂和WTe₂进行掺杂, 并分析了掺杂后体系的几何结构及电子属性(如平均结合能、能级结构、HOMO-LUMO轨道电子云密度分布和电子态密度等). 计算结果表明: (TiO₂)₁₂量子环直径为1.059 nm, 呈中心对称分布, 且所有原子组成一个二维平面结构, 使其几何结构比较稳定, 另外该量子环HOMO-LUMO轨道电子云分布均匀, 且能隙为3.17 eV, 与半导体材料TiO₂晶体的能隙的实验值(3.2 eV)非常接近. 掺杂后量子环的能隙均大幅减小, 其中WTe₂的掺杂结果能隙最小, 仅为0.61 eV, MoTe₂的掺杂结果能隙最大, 为1.16 eV, 也比掺杂前减小约2.0 eV. 其他掺杂结果的能隙都在1 eV左右, 变化不大. 这个能隙的TiO₂可以利用大部分的太阳光能, 使TiO₂具有更为广泛的应用.     

高压下LiF和NaF的结构稳定性及其电子和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论，采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法，计算模拟了LiF高压下的相变行为，预测其在450GPa附近发生由NaCl结构(B1)到CsCl结构(B2)的结构相变.同时还计算了高压下LiF不同相的电学特性，LiF的复介电函数以及介电常数随压强变化关系.通过比较能带结构的变化行为，得出LiF在53GPa附近还存在等结构相变，即由直接带隙结构变为间接带隙结构.将LiF的计算结果与另外一个同构化合物NaF进行了比较讨论. 关键词： LiF 压致相变 从头计算     

α-BeH_2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,采用赝势平面波方法研究了α-BeH2的结构、电子和光学性质.基态下,α-BeH2晶格常数a和体积弹性模量B0计算值与实验值及其它理论值一致.根据能带理论研究了α-BeH2基态下的能带结构、总态密度(DOS)和分波态密度(PDOS).经过分析发现α-BeH2为直接能隙半导体材料,能隙为5.44eV,与文献相比,本文计算的结果偏低,这主要是利用第一性原理中的局域密度近似(LAD)或广义梯度近似(GGA)交换关联能函数计算材料的带隙宽度或者磁耦合的理论结果均会偏低.通过对基态α-BeH2的Mulliken电荷分布和集居数的分析发现:α-BeH2属于离子键和共价键所形成的混合键化合物;α-BeH2的电荷总数分别来源于H1s轨道,Be2s和2p轨道.同时本文还分析研究了α-BeH2的光学介电函数、吸收系数、复折射率、反射系数和能量损失等光学性质.