F掺杂SnO2电子结构的模拟计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对SnO2:F体系的电子结构进行了第一性原理模拟计算.用广义梯度近似方法优化SnO2:F体系的晶胞结构,计算了体系基态总能.通过确定F掺杂对O的优先替代位置,计算了SnO2:F的能带结构、态密度、分波态密度.分析了F掺杂对SnO2晶体的电子结构和晶体性质及光学吸收边的影响,从理论上得出光学吸收边发生蓝移.对不同掺杂量的体系电子结构进行了分析.     

Ⅲ族元素掺杂对SnO2电子结构及电学性能的影响

采用密度泛函理论研究了Ⅲ族元素掺杂对SnO₂电子结构及电学性能的影响.态密度分析结果表明，以替代位存在的Ⅲ族杂质均使SnO₂的费米能级明显向低能态方向移动，使得价带顶不完全填满，因此在SnO₂中均充当受主作用.部分态密度分析结果表明，相对于掺Al的SnO₂，Ⅲ族元素中的Ga及In对费米能级附近态密度贡献较大，其主要贡献来自Ga3d态或In4d态，这预示着在SnO₂中掺Ga或In能实现更好的p型掺杂效果.电离能计算结果进一步表明，在Al，Ga及In三种元素中，替位In有最小的电离能(0.06 eV)，这说明其在SnO₂中能形成最浅的受主能级，因而在同等掺杂情况下，可引入最高浓度的空穴，从而实现最佳的p型掺杂效果. 关键词： 密度泛函理论 2')" href="#">SnO₂ Ⅲ族元素掺杂 电子结构     

Sb、Sm共掺杂SnO2的电子结构与光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,构建了Sm、Sb及Sm和Sb共掺杂SnO₂超晶胞模型,研究了经过几何优化后的各掺杂体系的焓变值、能带结构、态密度、电荷布居、介电常数、吸收系数、反射率等光电性质.结果表明：Sm和Sb的掺杂可以有效地提升SnO₂的导电性能,且Sb和Sm共掺杂体系的电学性能最佳. Sm和Sb掺杂还可以增加SnO₂在红外波段的电子极化能力和电子跃迁概率,提升了红外反射率,且共掺杂体系的电子束缚能力最强、反射率最高.这为SnO₂基光电材料的研制提供了一定的理论依据.     

Ce、Ga、La掺杂二维SnO2电子结构及光电性质的第一性原理研究

二维材料具有优异的光学、力学、热学、磁学等性质,成为研究的热点之一. SnO₂薄膜中的电子迁移率非常高,兼具透明和良好的导电性能,是一种性能绝佳的半导体材料.本文用密度泛函理论框架下的第一性原理研究了二维SnO₂及其掺杂体系的电子结构、电子态密度、导电性能及光学性质,计算结果表明：相比较于三维SnO₂,二维SnO₂的费米能级附近产生很多杂质能级,提高了载流子浓度,带隙明显变窄,电子的局域性增强,导带中电子的有效质量增加了,电子跃迁更容易发生,增加了材料的导电性能;二维SnO₂比三维SnO₂材料的电极化能力强,在红外区、可见光区、紫外区域的光子吸收性能更优异,光电导率更高,更有利于光生电子-空穴对的分离和迁移,即可以有效地提高其光电转换效率,其中掺杂La元素能更好地提高在红外区、可见光区及紫外区吸收光子的能力,更有利于光电转换的效率,提高导电性.     

第一性原理研究Eu/N共掺杂锐钛矿TiO2光催化剂的电子和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法, 运用Vasp方法计算了Eu, N掺杂及Eu/N共掺杂锐钛矿TiO₂的结构, 并分析了其电子及光学性质. 通过计算发现有一些Eu的4f态电子在Eu掺杂锐钛矿TiO₂的体系的费米能级附近出现杂质能级, 并且N掺杂会使得锐钛矿TiO₂的禁带宽度减小. 对于共掺杂体系而言, Eu/N共掺杂的协同效应能导致锐钛矿TiO₂的晶格畸变及禁带宽度减小. 与此同时, 计算得到的光吸收谱表明Eu/N混合掺杂锐钛矿TiO₂展现出了明显的光谱吸收边缘红移. 这些计算结果表明Eu/N共掺杂锐钛矿TiO₂具有优良的光催化活性. 关键词： 2')" href="#">TiO₂ 共掺杂 可见光催化剂 密度泛函理论     

Al掺杂SnO2 材料电子结构和光学性质

采用基于第一性原理的线性缀加平面波方法(FP-LAPW),研究Al掺杂SnO₂材料Sn_1-xAl_xO₂ (x= 0,0.0625,0.125,0.1875,0.25)的电子结 构和光学性质,包括能带结构、电子态密度、介电函数和其他一些光学性质.计算结果表明,掺杂Al之后价带上部分折叠态增加,价带宽度发生收缩,对导带底起作用的Sn 5s态减少,使得带隙增宽,且态密度整体向高能方向发生移动.随着Al掺杂量的增加带隙越来越宽,Al杂质能级在导带部分与Sn 5p态电子相互作用逐渐增强,虚部谱中的第一介电峰的强度随掺杂Al浓度增大而减弱.同时,吸收谱及其他光学谱线与介电函数虚部谱线相对应,各谱线均发生蓝移现象,对应带隙增宽,从理论上指出了光学性质与电子结构之间的内在关系. 关键词： 能带结构 态密度 光学性质 介电函数     

第一原理研究Mn掺杂LiNbO3晶体的磁性和光吸收性质

采用基于密度泛函理论和局域密度近似的第一性原理分析了Mn掺杂LiNbO₃晶体的结构, 磁性, 电子特性和光吸收特性. 文中计算了Mn占据Li位和Nb位体系的形成焓, 对应的形成焓分别为-8.340 eV/atom和-8.0062 eV/atom, 也就意味着Mn 原子优先占据Li位. 这也就意味着Mn原子占据Li位的掺杂LiNbO₃晶体结构更稳定. 磁性分析的结果显示, 其对应磁矩也比占据Nb位的高. 进一步分析磁性的来源, 自旋态密度结果显示: Mn掺杂LiNbO₃晶体的磁性主要源于掺杂原子Mn, Mn原子携带的磁矩高达 4.3 μ_B, 显示出高自旋结构. 由于Mn-3d与近邻O-2p及次近邻Nb-4d 轨道的杂化作用, 计算表明: 诱导近邻O原子及次近邻Nb原子产生的磁矩对总磁矩的贡献较小. 通过光学吸收谱的分析, 得出在可见光区Li位被Mn原子替代以后显示出更好的光吸收响应相比于Nb位. 本文还分析了O空位对于LiNbO₃晶体磁性与电子性质的影响, 结果显示O空位的存在可以增加Mn掺杂LiNbO₃体系的磁性.     

超晶格SnO2掺Cr的电子结构和光学性质的研究

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Cr掺杂SnO₂超晶格的电子态密度、能带结构、介电函数、吸收系数、反射率和折射率.研究表明由于Cr的掺入,超晶格SnO₂在费米能级附近形成了新的电子占据态,出现了不连续的杂质能带,这是由Cr-3d态和O-2p,Sn-5s态电子所形成.介电谱在0—5.5 eV之间时出现了三个新的介电峰,在高能区介电谱主峰位置发生蓝移,峰值强度减小.吸收谱、反射谱和折 关键词： 超晶格 第一性原理 态密度 电子结构     

Co掺杂MgF2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（DFT）的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Co掺杂MgF₂晶体的几何结构、电子结构和光学性质.结果表明,Co掺杂导致MgF₂晶体结构畸变,可能发生一种类四方和斜方型结构相变.由于Co原子的加入,体系的禁带宽度减小,可观察到半导体—金属性转变.计算也表明,Co掺杂对静态介电常数和光吸收系数有重要调制作用,所得结果与最近实验测量很好相符,揭示了Co:MgF₂体系在光学元器件方面的潜在应用. 关键词： 密度泛函理论（DFT） 第一性原理 超软赝势 2')" href="#">Co掺杂MgF₂     

(Nb,N)共掺杂锐钛矿电子结构和光学性质的第一性原理研究

二氧化钛（TiO₂）作为一种性能优良的光催化剂已经受到越来越多的关注.本研究采用密度泛函理论的第一性原理和广义梯度近似+U方法,对锐钛矿结构TiO₂晶体三种可能的（Nb,N）共掺杂TiO₂的几何结构、形成能、能带结构、电子密度和光吸收系数进行了研究,并与单掺杂（Nb/N）体系进行了对比.对掺杂后体系的几何结构进行的计算表明杂质原子掺入后晶格发生了不同程度的畸变.此外,（Nb,N）共掺杂体系与纯TiO₂相比,其禁带宽度和吸收边较小.同时,与N掺杂TiO₂相比,N的2p态在共掺杂情形下变为完全占据,从而减少了电子空穴对的复合.而且共掺杂体系的形成能比N单掺杂体系低,因而更加稳定.因此,（Nb,N）共掺杂可以很好地提升锐钛矿型TiO₂在可见光波段的光催化性能.     

First-principle study of electronic structure and stability of Sn0.5Sb0.5O2

A theoretical study on Sb-doped SnO₂ has been carried out by means of periodic density functional theory (DFT) at generalized gradient approximation (GGA) level. Stability and conductivity analyses were performed based on the formation energy and electronic structures. The results show that Sn_0.5Sb_0.5O₂ solid solution is stable because the formation energy of Sn_0.5Sb_0.5O₂ is −0.06 eV. The calculated energy band structure and density of states showed that the band gap of SnO₂ narrowed due to the presence of the Sb impurity energy levels in the bottom of the conduction band, namely there is Sb 5s distribution of electronic states from the Fermi level to the bottom of conduction band after the doping of antimony. The studies provide a theoretical basis to the development and application of Sn_1−xSb_xO₂ solid solution electrode.     

Sn1−xBixO2 and Sn1−xTaxO2 (0≤x≤0.75): A first-principles study

The structural, elastic, electronic and optical (x=0) properties of doped Sn_1−xBi_xO₂ and Sn_1−xTa_xO₂ (0≤x≤0.75) are studied using the first-principles pseudopotential plane-wave method within the local density approximation. The independent elastic constants C_ij and other elastic parameters of these compounds have been calculated for the first time. The mechanical stability of the compounds with different doping concentrations has also been studied. The electronic band structure and density of states are calculated and the effect of doping on these properties is also analyzed. It is seen that the band gap of the undoped compound narrowed with dopant concentration, which disappeared for x=0.26 for Bi doping and 0.36 for Ta doping. The materials thus become conductive oxides through the change in the electronic properties of the compound for x≤0.75, which may be useful for potential application. The calculated optical properties, e.g. dielectric function, refractive index, absorption spectrum, loss-function, reflectivity and conductivity of the undoped SnO₂ in two polarization directions are compared with both previous calculations and measurements.     

Oxygen vacancy in N-doped Cu2O crystals: A density functional theory study

The N-doping effects on the electronic properties of Cu2O crystals are investigated using density functional theory. The calculated results show that N-doped Cu2O with or without oxygen vacancy exhibits different modifications of electronic band structure. In N anion-doped Cu2O, some N 2p states overlap and mix with the O 2p valence band, leading to a slight narrowing of band gap compared with the undoped Cu2O. However, it is found that the coexistence of both N impurity and oxygen vacancy contributes to band gap widening which may account for the experimentally observed optical band gap widening by N doping.     

Enhanced gas-sensing behaviour of Ru-doped SnO2 surface: A periodic density functional approach

A theoretical study on Ru-doped rutile SnO₂(1 1 0) surface has been carried out by means of periodic density functional theory (DFT) at generalized gradient approximation (GGA-RPBE) level with a periodic supercell approach. Electronic structure analysis was performed based on the band structure and partial density of states. The results provide evidence that the electronic structures of SnO₂(1 1 0) surface are modified by the surface Ru dopant, in which Ru 4d orbital are located at the edge of the band gap region. It is demonstrated that molecular oxygen adsorption characteristics on stoichiometric SnO₂(1 1 0) surface are changed from endothermic to exothermic due to the existence of surface Ru dopant. The dissociative adsorption of molecular oxygen on the Ru_5c/SnO₂(1 1 0) surface is exothermic, which indicates that Ru could act as an active site to increase the oxygen atom species on SnO₂(1 1 0) surface. Our present study reveals that the Ru dopant on surface is playing both electronic and chemical role in promoting the SnO₂ gas-sensing property.     

Mg,Al掺杂对LiCoO2体系电子结构影响的第一原理研究

为了研究Mg, Al掺杂对锂二次电池正极材料LiCoO₂体系的电子结构的影响，进而揭示Mg掺杂的LiCoO₂具有高电导率的机理，对Li(Co, Al)O₂和Li(Co, Mg)O₂进行了基于密度泛函理论的第一原理研究. 通过对能带及态密度的分析，发现在Mg掺杂后价带出现电子态空穴，提高了电导，并且通过歧化效应（disproportionation）改变了Co-3d电子在各能级的分布，而Al掺杂则没有这些作用. O关键词： 2')" href="#">LiCoO₂ 电子结构 第一原理 电导     

掺杂半导体β-FeSi2电子结构及几何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全势线性缀加平面波法，使用广义梯度近似处理交换相关势能，首先计算了β-FeSi₂的电子结构及其各元素各亚层电子的能态密度，β-FeSi₂的电子能态密度主要由Fe的d层电子和Si的p层电子的能态密度确定；其次通过计算不同掺杂系统的总能量确定了掺杂原子在β-FeSi₂中的置换位置，在β-FeSi₂中，Co置换Fe_Ⅱ位置的Fe原子，Al置换Si_Ⅰ位置的Si原子，这种择位置换与现有的计算结果完全一致；最后计算了Fe_1-xCo_xSi₂和Fe(Si_1-xAl_x)₂的电子结构，对它们的电子结构特征进行了分析，并探讨了电子结构对其热电性能(塞贝克系数、电传输及热传输性能)的影响. 关键词： 第一性原理 电子结构 热电性能 2')" href="#">FeSi₂     

Y掺杂SrTiO3晶体材料的电子结构计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法, 研究了Y掺杂SrTiO₃体系的空间结构和电子结构性质, 得到了优化后体系的结构参数, 掺杂形成能, 能带结构和电子态密度. 对比掺杂浓度为0125, 025, 033时,Sr_1-xY_xTiO₃和SrTi_1-xY_xO₃的掺杂形成能,发现Y替代Sr能形成更稳定的结构. 对Sr_1-xY_xTiO₃（x=0, 0125, 025, 033） 的结构进行了优化,结果表明Y替代Sr后, 随着掺杂浓度增大, 体系的晶格常数逐渐减小, 稳定性逐渐增强. 对不同掺杂浓度的Sr_1-xY_xTiO₃能带结构的计算结果表明：纯净的SrTiO₃是绝缘体, 价带顶在R点, 导带底在Γ点, 费米能级处于价带顶; 掺杂Y后, 费米能级进入到导带底中, 体系呈金属性;掺杂浓度越大,费米能级进入导带的位置越深,禁带宽度也近似变宽. 关键词： 3')" href="#">SrTiO₃ 电子结构 掺杂 VASP     

S掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构与光催化性能的影响

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO₂的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化,导致晶体中的八面体偶极矩增大; S 3p态与O 2p态、Ti 3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化,从而导致TiO₂的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO₂在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO₂电子结构和光催化性能影响的差别. 关键词： 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ S掺杂 第一性原理 光催化性能     

First-principles study of ferromagnetism in Zn- and Cd-doped SnO2

The electronic structures and magnetic properties of Zn- and Cd-doped SnO₂ are investigated using first-principles calculations within the generalized gradient approximation (GGA) and GGA+U scheme. The substitutional Zn and Cd atoms introduce holes in the 2p orbitals of the O atoms and the introduced holes are mostly confined to the minority-spin states. The magnetic moment induced by doping mainly comes from the 2p orbitals of the O atoms, among which the moment of the first neighboring O atoms around the dopant are the biggest. The U correction for the anion-2p states obviously increases the moment of the first neighboring O atoms and transforms the ground states of the doped SnO₂ from half-metallic to insulating. The magnetic coupling between the moments induced by two dopants is ferromagnetic and the origin of ferromagnetic coupling can be attributed to the p–d hybridization interaction involving holes.