Ce掺杂SrMnO3的电子结构和磁性的第一性原理研究

用含超软赝势平面波方法的广义梯度近似第一性原理对Ce掺杂SrMnO₃的电子结构和磁性进行了相关研究. 不同的Mn-O键长说明MnO₆八面体发生了强的Jahn-Teller扭曲, 并伴随着晶体构型由立方体(Pm3m)转变为四方晶系(I4/mcm), 同时,Jahn-Teller扭曲也稳定了C型反铁磁基态构型. 电子结构结果表明SrMnO₃和Sr_1-xCe_xMnO₃(x=0.12     

MnTe电子结构和磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势投影缀加波方法, 对六种典型的二元晶体结构Rocksalt (RS), Cesiun-chloride (CC), Zinc-blende (ZB), Wurtzite (WZ), Iron-silicide (IS) 和Nickel-Arsenide (NA)的MnTe进行了计算研究. 通过比较六种结构的结合能, 确定了MnTe的基态结构是反铁磁的NA结构. 研究了这六种结构MnTe的电子结构、磁性, 并用Birch-Murnaghan状态方程拟合求得了各相结构的体弹性模量和相变压. 电子态密度表明, RS, CC和IS结构的MnTe为反铁磁导体, ZB, WZ和NA结构的MnTe均为反铁磁半导体.     

C、N、O掺杂CuBr和CuCl的电子结构和磁性的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论(DFT)结合广义梯度近似(GGA),采用第一性原理的平面波赝势方法,探究非磁性sp元素(C、N和O)掺杂卤化物(Cu Cl和Cu Br)是否能诱导产生半金属铁磁性.通过计算体系总能量、能带、态密度和分态密度,分析了非磁性元素掺杂卤化物体系的电子结构和磁性;通过对材料加压,给出了体系铁磁性随压强变化的趋势并作了分析.最后计算显示,O和N掺杂能诱导Cu Cl产生稳定的半金属铁磁性,随着压强的增大Cu Cl0.75N0.25和Cu Cl0.75O0.25的铁磁性减弱最终发生磁相变由铁磁态(FM)转变为非铁磁态(NM).     

Cr,Cu掺杂Ag电子结构和光学特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,分别计算了Cr、Cu掺杂Ag晶胞的电子结构和光学特性,计算结果表明,掺杂后Cr、Cu外层电子分别与Ag外层电子发生作用,价带会出现一定展宽;掺杂体系的反射谱和吸收谱在不同波段范围内会发生不同变化,体系的光谱特性发生改变. 研究结果对于光电子器件制备及薄膜界面特性研究具有指导意义.     

Cr,Cu掺杂Ag电子结构和光学特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,分别计算了Cr、Cu掺杂Ag晶胞的电子结构和光学特性,计算结果表明,掺杂后Cr、Cu外层电子分别与Ag外层电子发生作用,价带会出现一定展宽;掺杂体系的反射谱和吸收谱在不同波段范围内会发生不同变化,体系的光谱特性发生改变.研究结果对于光电子器件制备及薄膜界面特性研究具有指导意义.     

掺杂BaHfO3电子结构与力学性能的第一性原理研究

在广义梯度近似(GGA)下,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了掺杂对BaHfO3的电子结构与力学性能的影响.电子结构计算表明:优化的BaHfO3晶格常数与实验值吻合较好,BaHfO3为一种间接带隙的绝缘体材料.掺杂Sr和Ti后该材料仍为间接带隙材料,Ba0.5Sr0.5HfO3的带隙增大,绝缘体特征增强,而BaHf0.5Ti0.5O3的带隙显著减小,呈现出半导体材料的特征.由态密度分析可知,掺杂后带隙的变化主要是由于导带底的移动造成的.力学性能分析表明:与BaHfO3相比,Ba0.5 Sr0.5 HfO3的剪切模量和杨氏模量均明显减小,材料硬度减弱;BaHf0.5Ti0.5O3的剪切模量及杨氏模量均明显增大,材料硬度增强.电子密度分布分析揭示了掺杂改变体系价电子浓度的分布情况,使BaHfO3的价健特性发生了变化,这是材料硬度改变的内在原因.可见,掺杂能够有效地调控体系的硬度,该研究结果为掺杂BaHfO3力电材料的设计与应用提供了理论依据.     

Cr掺杂ZnO纳米线的电子结构和磁性

采用自旋极化密度泛函理论系统研究了Cr掺杂ZnO纳米线的电学、磁学以及光学属性.计算结果显示,Cr原子沿[0001]方向替代ZnO纳米线中的Zn原子时体系一般呈现铁磁耦合,沿[1010]和[0110]方向替代Zn原子时体系呈现反铁磁耦合,且磁性耦合状态在费米能级附近出现了明显的自旋劈裂现象,发生了强烈的Cr 3d和O 2p杂化效应.自旋态密度计算结果显示,磁矩主要来源于Cr原子未成对3d态电子的贡献,磁矩的大小与Cr原子的电子排布有关.光学性质计算结果显示,Cr掺杂ZnO纳米线在远紫外和近紫外都具有明显的吸收峰,吸收峰发生了明显的红移.这些结果都表明Cr掺杂ZnO纳米线也许是一种很有前途的稀磁半导体材料. 关键词： ZnO 纳米线 第一性原理 磁性     

稀土元素La掺杂β-FeSi2的几何结构和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土元素La掺杂β-FeSi2的几何结构、能带结构、态密度进行了理论计算.几何结构的计算表明:La掺杂后使β-FeSi2的晶格常数a、b、c都变大了,使得晶胞体积也相应增大;La掺杂β-FeSi2的置换位置为FeⅡ位.电子结构的计算表明:能带结构为直接带隙,禁带宽度变窄仅为0.013eV;费米面进入价带,能带数目增多,态密度峰值减小,费米面附近载流子浓度显著增大.这些结果为β-FeSi2光电材料掺杂改性的实验和理论研究提供理论依据.     

La掺杂3C-SiC电子结构和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计算方法,对未掺杂及稀土材料La掺杂3C-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,La掺杂引起3C-SiC晶格体积增大,掺杂体系能量更小,掺杂体系的结构更稳定;未掺杂3C-SiC是直接带隙半导体,其禁带宽度为1.406 eV,La掺杂后带隙宽度下降为1.161 eV,La掺杂3C-SiC引入了3条杂质能级,能量较高的1条杂质能级与费米能级发生交叠,另外2条杂质能级都在费米能级以下价带顶之上,La掺杂引起3C-SiC吸收谱往低能区移动,未掺杂3C-SiC的静态介电常数为2.66,La掺杂引起静态介电常数增加为406.01,La掺杂3C-SiC是负介电半导体材料.     

In掺杂ZnO电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同掺杂量下In掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,In的掺杂导致ZnO禁带宽度变窄.随着掺杂量的增大,In_xZn_1－xO的导带底和价带顶同时下降,但是导带底比价带顶下降得多,这导致了带隙的变窄.此外,In掺杂使晶胞晶格常数增大,这对带隙的变窄也有一定作用.     

B、N单掺杂3C-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,计算了未掺杂与B、N单掺杂3C-SiC的电子结构和光学性质.结果表明:掺杂改变了3C-SiC费米面附近的电子结构;B掺杂使得禁带宽度减小,价带顶上移,费米能级进入价带,形成p型半导体;N掺杂使得禁带宽度减小,导带底下移,费米能级进入导带,形成n型半导体.B、N掺杂均提高了3C-SiC在低能区的折射率、消光系数和吸收系数,增强了对红外光谱的吸收.     

ZnS(111)表面掺杂Mn的电子结构和磁性的第一性原理研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理,研究Mn原子掺杂在ZnS(111)表面的电子结构和磁性.对于单原子的掺杂组态,替位表面第一层的Zn原子时体系形成能最低,说明该层是最稳定的掺杂位置.体系总磁矩取决于Mn原子的局域环境.而对于双掺杂组态,当Mn与Mn之间呈短程铁磁耦合作用时体系最稳定.这可由Mn原子和近邻S原子的p-d杂化作用解释.此时,体系的居里温度估算值为469 K,明显高于室温,具有理论指导意义.Mn原子和受主半导体之间的相互作用是自旋极化产生的主要原因.计算结果表明,该掺杂材料可以很好的用来制作稀磁半导体,具有良好的应用前景.     

Ga掺杂ZnO电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了纤锌矿ZnO掺杂Ga前后的电子结构和光学性质.计算结果表明,ZnO中引入杂质Ga后,导带底主要由Ga4s态和Zn4s态构成,并且Ga4s态跨过费米能级,形成n型半导体.计算得到电子浓度为2.42×10~(21)cm~(-3),掺Ga有效提高了ZnO的载流子浓度.同时ZnO掺Ga后,ZnO的光学带隙从3.47 eV展宽为4.25 eV,并且在可见光区几乎无吸收,是理想的透明导电材料.     

3d过渡金属元素掺杂Al12N12纳米线几何结构和电子性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了不同3d过渡金属元素(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)掺杂Al₁₂N₁₂纳米线的几何结构、稳定性和电子结构.结果表明：所有掺杂体系均是热力学稳定的;掺杂Ni时体系保留了原有的非磁性间接带隙半导体特性;当掺杂其它原子(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co)时体系仍然保持为半导体,但带隙明显减小.掺杂过渡金属原子对于Al₁₂N₁₂纳米线的电子结构具有明显的调控作用,在能带调控和光电方面有潜在的应用前景.     

碳掺杂BaTiO3的电子结构和磁性研究

基于密度泛函理论,从头计算了C间隙和替位氧掺杂立方结构BaTiO3的电子结构和磁学性质．结果表明C掺杂BaTiO3在自旋极化状态下的总能量比自旋非极化状态下的总能量小,说明C掺杂BaTiO3的基态具有铁磁性．从态密度和自旋电子密度分布可知,C位于BaTiO3间隙的磁性机理和过渡金属掺杂半导体产生磁性的机理类似：C替位掺杂BaTiO3体系磁性源于未配对的C2p电子．     

Mn掺杂Mo2 FeB2的电子结构，磁性和弹性的第一性原理研究

用第一性原理计算（ Mo,Fe,Mn）3 B2的结构稳定性、磁性、电子结构和弹性。过程中采用了密度泛函理论和超软赝势。研究表明反铁磁性具有最低的能量,为基态。计算所得的（ Mo,Mn,Fe） B2电子态密度和布局数与Mo2 FeB2的类似。从电子态密度和重叠布局数发现,B?B和B?Mo为共价键,对剪切模量起促进作用。通过磁性分析,发现Fe和Mn原子起主要作用。然而,Mn的掺杂对硬质相Mo2 FeB2的成键和弹性的影响微小。     

BiFeO3电子结构的第一性原理研究

采用广义梯度近似下的密度泛函理论计算了铁电相BiFeO3以及顺电相BiFeO3的轨道占据数、电子云重叠布居数、净电荷分布和态密度.结果表明,BiFeO3晶体现铁电性的主要原因是:Fe原子的3d轨道和O原子的2p轨道杂化.而且由于两相晶体结构上的差异,铁电相BiFeO3原子间的共价性和离子性相对顺电相BiFeO3增强了,态密度图在价带区基本相同,但是在导带区具有一定的差异性.     

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。     

C-Mg掺杂GaN电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理的方法,计算了GaN、C单掺、Mg单掺和C-Mg共掺体系的电子结构和光学性质,计算结果表明:掺杂后,GaN体系的晶格发生畸变,有利于光生空穴-电子对的分离,C-Mg共掺体系结构最稳定,掺杂体系的禁带宽度均减小,其中C-Mg共掺体系的禁带宽度最小,在禁带中引入了杂质能级,说明掺杂可有效降低电子跃迁所需的能量.在光学性质方面,掺杂后,GaN在低能区介电峰和吸收峰均发生红移,且静介电常数增大;其中C-Mg共掺体系的对可见光的吸收最强,极化能力最强,因此C-Mg共掺将有望提高GaN在光催化性能和极化能力.     

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.