Mg/Cd共掺杂ZnO电子结构与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平面波超软赝势法,研究了Mg/Cd(不同的Cd浓度)共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.研究表明:Mg/Cd共掺杂ZnO,体系的晶胞尺寸变大,但结构稳定.当Mg/Cd为1:1时,吸收边略微发生蓝移.随Cd的掺杂浓度增加,导带部分逐渐下移,禁带宽度变窄,出现红移现象.除此之外体系的吸收率和反射率也减小.说明Mg/Cd共掺杂ZnO,不仅使得体系光学谱丰富,而且透射性增强.这对实验中制备出高透射率的材料具有一定的指导意义.     

N-M(In,Ga,Al)共掺(6,6)型闭口氧化锌纳米管场发射第一性原理研究

运用以密度泛函理论为基础的第一性原理计算方法,研究了N-M(In,Ga,Al)共掺(6,6)型闭口氧化锌(ZnO)单壁纳米管的结构稳定性和场致发射特性.结果表明:共掺可增强体系帽端的稳定性;外加电场越大,各体系的态密度(DOS)分布越低,能隙和有效功函数越小,电荷向帽端聚集.DOS,最高占据分子轨道(HOMO)/最低未占据分子轨道(LUMO),Mulliken电荷和有效功函数分析结果一致表明,N-In共掺体系的场发射性能最优.     

Li-N共掺ZnO纳米管的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的计算方法,系列的研究了锯齿型(9,0) ZnO单壁纳米管、Li,N分别掺杂以及Li-2N共掺杂的ZnO纳米管的能带结构、总体态密度、分波态密度.分析发现虽然Li原子单独掺杂不会对纳米管能带结构产生明显影响,但是Li-2N共掺杂比N单独掺杂ZnO纳米管的结构更加稳定,而且Li-2N共掺杂ZnO纳米管是p型简并半导体.     

锯齿型ZnO单壁纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(Density functional theory)的计算方法,研究了n--4,6,9的锯齿型(n,0)ZnO单壁纳米管的电子结构,结果表明:锯齿型ZnO单壁纳米管是一种直接宽禁带半导体,其能隙随着横截面的增大而小量增大,并分析了锯齿型单壁纳米管的核外电子分布.     

掺Cd对ZnO薄膜光学性能的影响

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃上制备了不同掺Cd浓度的ZnO薄膜.X射线衍射(XRD)结果表明,所制备的薄膜具有c抽择优取向,随着Cd掺杂浓度的升高,(002)峰向低角度方向移动.UV透射曲线表明,薄膜具有明显的紫外吸收边,通过改变Cd的掺入浓度,可以使吸收边向长波方向移动并被控制在一定范围内,从而使薄膜的禁带宽度连续可调;薄膜的光致发光(PL)谱显示,ZnO薄膜的PL谱是由紫外激子发光峰和蓝光发光带组成,通过掺入Cd可使紫外带边发射的峰位向低能端方向红移,这与透射谱中吸收带边的红移相吻合,由紫外发光峰得到的光禁带宽度和由透射谱拟合得到的光禁带基本一致.对不同掺杂浓度的薄膜进行了比较,发现Cd掺入量为8;摩尔分数时ZnO薄膜具有最佳的结构性能和发光性能.     

第一性原理研究Cd掺杂对ZnO电子结构与光学性质的影响

采用第一性原理平面波超软赝势方法超软赝势方法,研究了Cd掺杂前后ZnO的电子结构以及光学性质.计算结果发现:Cd的掺入使得ZnO的电子结构发生了改变,晶胞变大,禁带宽度变窄.Cd掺杂使ZnO的光学性质也发生了变化,4.3 eV处的介电峰增强并发生红移,12.9 eV处的介电峰减弱,对紫外光吸收作用增强.     

Mg2Sn机械性质及热电输运性能的第一性原理计算

窄带隙半导体材料Mg₂Sn具有丰度大、密度低、无毒及环境友好等特点,是中低温热电材料的优秀候选者。本文基于密度泛函理论,结合不同形式的电子交换关联能系统分析了Mg₂Sn晶体的弹性系数、声子振动谱和电子能带结构,并基于非平衡玻尔兹曼输运理论计算了Mg₂Sn的热电性能。结果表明,GGA-PBE作为电子交换关联能可以很好地拟合立方相Mg₂Sn的力学性能(声子振动谱无虚频率),其体弹性模量为42.1 GPa且各向同性。同时,当工作温度高于300 K,Mg₂Sn的德拜温度开始趋于平缓且不高于315 K,表明Mg₂Sn在该温度区域内具有低声子热导率。使用B3LYP作为电子交换关联能可以估算Mg₂Sn费米能级附近的电子结构,发现价带顶附近存在三重简并态。同时计算结果表明,Mg₂Sn p型掺杂下的热电优值(ZT值)优于n型掺杂,可达1.05。本研究结果为进一步优化Mg₂Sn热电性能的研究提供借鉴。     

Al-N共掺杂ZnO的第一性原理研究

为了研究p型ZnO的掺杂改性,本文运用第一性原理密度泛函理论研究了未掺杂,Al、N单掺杂和Al-N共掺杂ZnO晶体的几何结构、能带结构、电子态密度.计算结果表明:未掺杂,Al、N单掺杂和Al-N共掺杂ZnO的超晶胞体积分别为0.2043 nm3、0.2034 nm3、0.2027 nm3、0.1990 nm3,带隙分别为0.72 eV、0.71 eV、0.60 eV、0.55 eV;N是比较理想的p型掺杂受主,若在禁带中再引入激活施主Al后,可填充的电子数由原来的19个增加到24个,N原子接受从价带跃迁的电子使价带产生非局域化空穴载流子,从而提高了晶体的导电性.与未掺杂,Al、N单掺杂相比,Al-N共掺杂ZnO具有更稳定的结构,更窄的带隙,更好的导电性,更有利于实现p型化.     

Ag,O共掺实现p型氮化铝纳米管电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理的平面波超软赝势法对(6, 0)单壁氮化铝纳米管、Ag掺杂,以及Ag和O共掺纳米管进行了几何结构优化。计算讨论了掺杂前后氮化铝纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度。研究显示:本征氮化铝纳米管、Ag掺杂和Ag-O共掺氮化铝纳米管的带隙分别为2.49 eV、1.84 eV和1.80 eV。掺杂构型仍然保持半导体特性,Ag掺杂氮化铝纳米管的价带顶贯穿费米能级从而形成简并态,实现了氮化铝纳米管的p型掺杂,但Ag-4d态和N-2p态电子轨道间有强烈的杂化效应,Ag的单掺总体上是不稳定的。O掺入后,Ag与O之间的吸引作用克服了Ag原子之间的排斥作用,使Ag在氮化铝纳米管中的掺杂更加稳定;共掺纳米管体系的带隙相较于单掺纳米管体系更加窄化,导电性进一步增强。Ag和O共掺有望成为获得p型氮化铝纳米管的有效方法。     

不同位置Mg掺杂ZnO电荷转移和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论计算了本征氧化锌、6.25％Mg以及同位、邻位、间位12.5％Mg原子掺杂氧化锌晶体的几何结构、原子轨道电子布居、静电势和电子结构特征;探究了Mg原子掺杂对氧化锌能带结构、态密度以及对应的光学性质和电学性质的影响.结果表明Mg掺杂会导致氧化锌晶体的晶格体积变大,载流子迁移率降低和吸收边蓝移;邻位双原子掺...     

MI3(M=Bi,Sb,As)弹性和电子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波赝势计算方法,对比研究了菱方结构MI3(M=Bi,Sb,As)的弹性和电子性质.结果表明:SbI3的生成焓最低,较BiI3、AsI3更易生成.这三种材料都体现了弹性各向异性特征.SbI3是偏延性材料,BiI3和AsI3是脆性材料.高压下AsI3更容易被压缩.德拜温度的大小关系依次为SbI3>BiI3>AsI3.MI3(M=Bi,Sb,As)都是间接带隙半导体,电子的局域程度较强.在费米能级附近,I-5p轨道电子和金属M-s轨道电子发生杂化,形成共价键.MI3(M=Bi,Sb,As)中的化学键是共价键和离子键的混合.     

用聚甲基丙烯酸制备MS(M=Zn,Cd)半导体纳米粉末的研究

本文介绍一种适合制备MS(M=Zn,Cd)半导体纳米粉末的化学合成方法.此方法成本低,易操作,且具有一定的广泛性.本合成通过调节聚合链长和反应循环次数可在1.8nm到5nm范围内对纳米粒径进行很好的控制.透射电镜和X射线粉末衍射对所制得的纳米粉末进行了表征.     

La掺杂量对ZnO光电性能影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论下的平面波超软赝势方法和杂化泛函理论下的模守恒赝势方法,分别计算了未掺杂ZnO和两种La掺杂浓度的ZnO模型,其中对较高La掺杂浓度的计算还设置了两种不同的掺杂位置.结构优化后,首先通过计算形成能、系统总能量和电荷布居值,对掺杂后体系的稳定性进行了分析;而后结合自旋基态能量与自旋电子态密度对掺杂体系的磁性状态进行了说明;最后通过计算得到的电子结构及吸收光谱讨论了La掺杂量对ZnO光电性能的影响.结果表明:随La掺杂量增加,ZnO体系稳定性有所降低;La掺杂ZnO无磁性,电子结构不会受到自旋能级分裂的影响;与纯ZnO相比,La掺杂ZnO的禁带宽度增大,吸收光谱蓝移,然而通过控制La浓度与掺杂方式可以有效增强La-5d与Zn-4s电子态的交换关联作用而减小ZnO的最小光学带隙,提高ZnO对可见光的吸收系数,使光生空穴-电子对有效分离的影响.     

单壁碳纳米管能带及其特性研究

本文利用紧束缚模型,推导了单壁碳纳米管中π电子的能带表达式,在此基础上着重分析了以下特性:找出了金属性和半导体性单壁碳纳米管的判据;采用等能线图,在布里渊区内描述了π电子的能量分布;计算了π电子在简约布里渊区具有高对称性点的有效质量.     

C-X(X=Y,Zr)共掺杂SnO2电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理方法研究了C单掺杂SnO2和C-X(X=Y,Zr)共掺杂SnO2的能带结构、态密度以及分电荷分布.结果表明:C掺杂、C-Y、C-Zr共掺杂SnO2的带隙值分别为1.109 eV、1.86 eV、1.214 eV,较超胞结构的带隙值降低,有利于电子的跃迁;C-Y共掺杂SnO2的导带底部有3条杂质能级分离出来,C-Zr共掺杂SnO2的能带价带顶部能级中有3条能级分离出来,其中1条能级贯穿费米能级;C-Y,C-Zr共掺杂SnO2的态密度中在低能区会产生1个态密度峰值,部分态密度的峰值由Y、Zr的d轨道贡献;C-Y、C-Zr共掺杂SnO2会打破SnO2电子平衡状态,致使电荷的重新分布.     

基于第一性原理的WC-Co(0001)/cBN(111)界面结合性能研究

基于第一性原理方法,建立WC-Co/cBN_4B、WC-Co/cBN_4N、WC-Co/cBN_{1B-near OA}、WC-Co/cBN_{1N-near OA}、WC-Co/cBN_{1N-near OB}和WC-Co/cBN_{1B-near OB}六种界面模型,计算其界面粘附功、断裂韧性。结果表明:WC-Co/cBN_4B界面具有最大粘附功值9.705 J·m^-2,界面最稳定,粘附功大于WC(0001)_w界面的断裂韧性7.824 J·m^-2,裂纹倾向于出现在基体中; WC-Co/cBN_4N界面有最小粘附功4.470 J·m^-2,界面最不稳定,粘附功小于WC(0001)_w界面的断裂韧性,裂纹倾向于出现在界面处。在此基础上,为从电荷转移、成键方式和价电子分布的深层次角度解释界面稳定性,进行了差分电荷密度、态密度和Mulliken...     

竹节型结构碳纳米管的形成机制研究

利用化学气相沉积制备碳纳米管的过程中,在含氮的气体环境中,竹节型结构的碳纳米管在催化剂的作用下可制备出来.然而,目前对其形成机制仍不十分清楚.本工作中,分析化学气相沉积制备碳纳米管过程中催化剂的状态之后,研究了碳在不同状态催化剂中的扩散,提出了新的竹节型结构碳纳米管形成机制.     

Zn1-x HfxO的电子结构和光学性质的第一性原理计算

基于第一性原理密度泛函理论,计算分析了Zn1-xHfxO(x=0,0.0312,0.0417,0.0625和0.1250)体系的晶格结构、电子结构,Mulliken电荷布居和光学性质.计算结果表明,随着Hf掺杂摩尔百分比的增大,晶体体积膨胀,费米能级进入导带,其附近的导带部分主要由杂质原子Hf的5d态贡献,Hf-O离子键成分作用凸显,故Hf的掺杂引入施主能级进而形成n型ZnO材料的可能性较大.且通过比较吸收谱、反射谱和折射谱,发现适量掺入Hf原子可使ZnO体系在高能区的透过率增加,能量损失谱出现红移.这些性质均与实验中Hf掺杂有类似结果,由此可知适量掺杂Hf的ZnO体系有望在制备光电子器件等领域发挥作用.