Ru_2P晶体电子特性的第一性原理研究

采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)两种方法,并结合密度泛函理论对Ru2P晶体进行了结构优化,结果表明常压下LDA方法得到的晶格参数和晶胞体积比GGA方法更接近实验值。为研究其电子特性,计算了Ru2P晶体的能带结构,给出Ru2P晶体在-20~20 eV能量范围内总的态密度以及Ru原子的s、p、d电子轨道的投影态密度;通过状态方程拟合压强-体积(P-V)关系得到Ru2P晶体的体积模量B0及其对压强的一阶导数B0′。最后,对0～40 GPa压强范围内Mulliken布居分析变化情况作了讨论。     

Ru2P晶体电子特性的第一性原理研究

采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)两种方法,并结合密度泛函理论对Ru2P晶体进行了结构优化,结果表明常压下LDA方法得到的晶格参数和晶胞体积比GGA方法更接近实验值.为研究其电子特性,计算了Ru2P晶体的能带结构,给出Ru2P晶体在-20～20 eV能量范围内总的态密度以及Ru原子的s、p、d电子轨道的投影态密度；通过状态方程拟合压强-体积(P-V)关系得到Ru2P晶体的体积模量B0及其对压强的一阶导数B0′.最后,对0～40GPa压强范围内Mulliken布居分析变化情况作了讨论.     

β-Ga2O3及Cr掺杂β-Ga2O3电子结构的第一性原理计算

运用第一性原理密度泛函理论(DFT)计算了不同交换关联势下单斜晶系β-Ga2O3的总能量、晶格常数、总态密度、分波态密度及能带结构.理论计算结果表明:单斜晶系β-Ga2O3在局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)下的晶格常数和带隙与实验值基本相符,其中LDA近似得到的晶格常数与实验值更接近;β-Ga2O3比六方晶系结构的α-Ga2O3更加稳定,但带隙比α-Ga2O3略小;Cr掺杂导致β-Ga2O3禁带宽度变小,费米能级处的态密度不为零,即变为半金属.     

β-Ga2O3及Cr掺杂β—Ga2O3电子结构的第一性原理计算

运用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算了不同交换关联势下单斜晶系β-Ga2O3的总能量、晶格常数、总态密度、分波态密度及能带结构。理论计算结果表明：单斜晶系β-Ga2O3在局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）下的晶格常数和带隙与实验值基本相符，其中LDA近似得到的晶格常数与实验值更接近；β-Ga2O3比六方晶系结构的α-Ga2O3更加稳定，但带隙比α—Ga2O3略小；Cr掺杂导致β-Ga2O3禁带宽度变小，费米能级处的态密度不为零，即变为半金属。     

K掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性能的研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用广义梯度近似（GGA）对掺K的立方相Ca2Si的电子结构和光学性能,包括能带结构、态密度、介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率及能量损失函数进行理论计算,结果表明,掺K后立方相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的P型半导体,禁带宽度为0.6230eV,光学带隙变宽,价带主要是Si的3p、Ca的4s、3d以及K的3p、4s态的贡献;静态介电函数ε1（0）=14.4;折射率n0=3.8;吸收系数最大峰值为3.47×105cm-1。通过掺杂调制材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

Ta2N3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函第一性原理的GGA方法计算研究了Ta2N3的能带结构、态密度、分态密度和光学性质.计算结果表明,Ta2N3具有明显的金属能带结构特征,且在费米能级附近,Ta的5d态与N的2p态杂化,Ta-N以共价键相互作用.Ta2N3的静态介电常数为77.428,静态的折射率n0为8.88,而介电函数的虚部随能量的增加而减小.Ta2N3多晶体的反射系数在0～1.65eV区域随能量的增加而逐渐减小,在1.65eV附近达极小值,此后随能量的增加而增大,但在15eV时发生陡降.Ta2N3多晶体的吸收系数数量级达105 cm-1,且在高能区对光子的吸收较少,其电子能量损失谱(EELS)的共振峰在15eV处,与此能量时反射系数的陡降相对应.     

Gd掺杂锐钛矿型二氧化钛的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法并选择GGA水平上的PW91相关能泛函,模拟计算了Gd掺杂前后锐钛矿型TiO2的几何结构、能带结构、态密度和光吸收系数,并与实验结果进行比较。结果表明:Gd掺杂锐钛矿型TiO2晶体后,对称性不变,晶格常数变大,价带顶部主要由O-2p和Gd-4f轨道上的电子共同构成,导带底部主要由Ti-3d轨道上的电子构成;主要由于价带上移使得禁带宽度(Eg)变小,TiO2吸收带边红移,可见光区的光吸收强度增加。可见,Gd掺杂有助于提高TiO2催化剂的光催化活性,扩展其光响应范围。     

纤锌矿结构ZnO的准粒子能带结构(英文)

理论上对ZnO能带的计算一般采用局域密度近似(LDA),而该方法得到的带隙结果却被严重的低估了.在本文中,我们在密度泛函理论的LDA近似的框架下,通过第一性原理GW近似(GWA)对ZnO的能带进行了修正.在LDA和GWA计算中,将Zn3d电子作为价电子,LDA结果表明ZnO是一种直接带隙半导体,同时讨论了LDA和GWA计算得到的能带之间的差异.     

Mg-Zn-Y合金中14H-LPSO相与W相的电子结构与弹性性能的第一性原理计算

运用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了14H-LPSO相和Mg_3Y_2Zn_3(W相)的能带、态密度、电子结构及弹性常数,计算的晶格参数与实验值相吻合。能带结构和态密度分析计算结果显示,14H-LPSO相成键能量范围主要在-8~3eV之间,W相的成键能量范围主要在-8~0.5eV之间。这表明LPSO相成键峰主要来自Mg3s、Zn4s、Y5s和4p轨道,W相的成键峰主要来自Mg3s、Zn3p和Y4d轨道。14H-LPSO相的(0001)面的电荷密度分析表明,Zn原子和Mg原子之间的电子云重叠较强,两者形成了较强的共价键;Zn原子和Y原子之间的电子云重叠较弱,形成较弱的共价键;W相的(011)面的电荷密度分析表明Zn原子和Y原子之间的电子云重叠较强,两者形成了较强的共价键。通过计算14H-LPSO相与W相的弹性常数,推导了体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、弹性各向异性系数的计算式。将两者与Mg基体进行比较,结果表明,三者的塑性关系为Mg基体14H-LPSO相W相,其中W相的硬度最大。     

过渡金属掺杂SnO_2超晶格磁学和光学性质的研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用全势线性缀加平面波方法 (FPLAPW)和广义梯度近似(GGA)来处理相关能,计算了n层过渡金属Cr掺杂SnO2超晶格的电子态密度、能带结构和光学性质(n=1,2,3)。结果表明,掺杂使材料均表现出了半金属性,并且导电性和磁矩随着n的增大而增强。掺杂后材料磁矩主要来源于Cr3d态,Cr的加入使O的态密度产生了自旋极化现象。在0~1.8eV处掺杂所形成的第一吸收峰的位置随着n的增加而向高能方向推移,在1.8~7.0eV处所形成峰的峰值随着n的增大而增加,在7.0~17.0eV处所形成的峰的峰值随着n的增大而减小。     

第一原理计算Al_2Mg中间相的电子结构

对镁合金材料研发应用现状与发展趋势进行了论述,展望了镁合金研发应用的未来发展趋势。采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法,通过选用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)分别计算了Al2Mg晶体的几何与电子结构,分析了其电子态密度以及电荷密度分布,研究了Al2Mg晶体的电子结构和成键特性。     

γ-B28光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函第一性原理的GGA方法,计算研究了硼的高压相γ-B28的能带结构、态密度、分态密度和光学性质.计算结果表明,γ-B28具有半导体能带结构的特征,其带隙达1.619eV,且整个带结构由杂化的硼2p态和2s态组成,且2p态占主导地位.γ-B28的静态介电常数为11.0733,静态的折射率为3.328,介电函数虚部的吸收边位于1.7eV左右,同时,在2.693eV和5.232eV处有2个明显的特征峰.γ-B28的反射系数在0～16eV范围内随着能量的升高而逐渐增大,但在19.4eV时反射系数急剧下降,而吸收系数的数量级达105cm-1,其电子能量损失谱(EELS)的共振峰在19.4eV处,与反射系数的陡降相对应.     

Al和S共掺杂金红石型TiO2第一性原理研究

利用密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势法,研究Al单掺杂和S单掺杂以及Al/S共掺杂金红石相TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:Al单掺杂导致禁带宽度减小为1.79eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S单掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.816eV;Al/S共掺杂导致能带结构中出现了3条杂质能带,直接带隙约0.841eV,杂质能级主要由Al原子的3p轨道和S原子的3p轨道组成。Al/S共掺杂后使TiO_2的吸收带产生红移,在可见光区具有较大的吸收系数,能够增强电子传输能力和抑制电子空穴对复合。     

Cr掺杂AlN半导体电磁性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)下分别计算了无掺杂和掺杂过渡金属Cr原子的AlN半导体的电磁性质,结果表明,掺杂后AlN由半导体转变为半金属,并具有较宽的半金属能隙.当掺杂浓度为25%、12.5%、5.6%时,半金属能隙分别为0.8eV、1.1eV、1.2eV.以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例,详细分析了其能带结构、态密度分布和电子布居数以及磁矩等.     

多相ZrO2几何结构及电子结构第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论投影缀加平面波,使用广义梯度近似处理交换关联势能,深入研究了弛豫多相 ZrO2几何结构特征及电子结构。研究发现,单斜、四方和立方 ZrO2能带间隙分别约为3.47 eV、3.96 eV 和3.36 eV。近费米能级态密度分析结果表明,多相 ZrO2的基本性质均由 O 2p 态电子和 Zr 4d 态电子决定。     

Fe-Al-La电子结构及耐腐蚀性第一性原理研究

材料的电子态密度、能量、能带结构、差分电荷密度以及局域态密度对材料的抗腐蚀性有重要影响。本文基于第一性原理密度泛函平面波赝势法,优化了Fe、Fe-Al、Fe₈Al₈La电子结构,并从态密度、峰值分析了Fe-Al合金耐腐蚀性机理。结果表明,在Fe-Al合金中加入La, Fe与La之间存在明显的电荷转移并形成了离子键,使Fe-Al的能带宽度降低到30.8 eV,表明La减弱Fe-Al原子轨道的扩展性,La使Fe-Al态密度的峰值增大到30.26 electron/eV,成键的电子数逐渐增加,提高了Fe-Al的稳定性和抗耐腐蚀性能,为提高Fe-Al合金的性能奠定一定理论基础。     

SrTiO3材料中氧空位的密度泛函理论

计算了SrTiO3-δ（δ=0，δ=0．125）体系电子结构，分析了氧空位对SrTiO3晶体的价键结构、能带、态密度、分波态密度、差分电荷密度的影响。所有计算都是基于密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理平面波超软赝势方法。计算结果表明：当氧空位浓度δ=0．125时，空位在母体化合物SrTiO3中引入了大量的传导电子，费米能级进入导带，体系显示金属型导电性。由于空位掺杂，导带底附近的态密度发生了畸变，刚性能带模型不再适合描述SrTiO2.875体系。同时，在导带底附近距离费米能级0．3eV处引入了空位能级，这和实验测得的SrTiO3材料内中性氧空位的电离能约为0．4eV相符。此外，Mulliken布局分析、分波态密度和差分电荷密度分析表明，该空位能级主要由与其最近邻的两个Ti原子的3d电子态贡献，并且由该空位引入的导电电子大部分都局域在空位最近邻的两个Ti原子周围。最后，计算了三种典型平衡条件下SrTiO3晶体内中性氧空位的形成能。     

Ti3SnC2电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函数理论框架下的第一性原理研究了Ti3SnC2的电子结构,利用GGA-PW91基组对Ti3SnC2晶体结构进行了优化,并计算了Ti3SnC2的能带结构、总态密度和各原子的分态密度.对能带和总态密度的计算结果表明,Ti3SnC2在费米能级处电子态密度较高,材料表现出较强的金属性,同时材料的导电性为各向异性.Ti3SnC2各原子的分态密度图的计算结果表明,其导电性主要由Ti2的3d电子决定,Ti1的3d态电子、Sn的5p态电子和C的2p态电子也有少量贡献.决定材料电学性质的主要是Ti的3d、Sn的5p和C的2p态电子的p-d电子轨道杂化,而p-d电子轨道杂化成键则使材料具有比较稳定的结构.     

失配层结构Bi-Ca-Co-O体系的量子化学计算

采用密度泛函离散变分方法计算了[Bi1.68Ca2O4] RS[CoO2]1.69的电子结构以及化学键,讨论了它们与热电性能之间的关系.从计算结果可以看出,Bi钴酸盐的电子结构有明显的半导体特征,在费米能级附近,Co 3d、Bi 6p和O 2p轨道在费米能级附近做主要贡献.在CoO2层中,Co 3d和O2p在费米能级到-4.5 eV的范围内存在极强的杂化作用,而Bi-O/Bi-O层间的价键关系极弱.从原子净电荷及化学键级的计算结果看,Bi钴酸盐材料有明显的各向异性特征,而且在CoO2层与中间层的层间仅存在Ca与O之间的弱结合.这些都将对体系的热电性能产生影响.     

β-Ga_2O_3掺Al的电子结构与能带特性研究

采用第一性原理的平面波超软赝势方法,对β-Ga2O3掺Al的AlxGa2-xO3(x=0,0.5,1,1.5,2)合金进行结构优化、电子态密度和能带特性的研究。结果显示,AlxGa2-xO3为间接宽能隙材料,能隙是由导带底Ga 4s态和价带顶O 2p态共同决定,其弯曲系数分别为0.452eV(直接)和0.373eV(间接)。当增大Al的掺杂量,AlxGa2-xO3的体积变小,总能量升高,能隙逐渐增大,这与实验结果相一致。