CdSexS1-x电子学结构及光学性质的第一性原理研究

CdSe是Ⅱ-Ⅵ族中重要的半导体材料,一定条件下可与CdS形成无限固溶体CdSexS1-x(0≤x≤1)。CdSexS1-x在薄膜太阳电池及光电器件等领域具有重要的应用,对CdSexS1-x的电子学结构和光学性质进行研究有助于进一步提高其在光电器件等方面的应用。基于第一性原理,采用平面波超软赝势方法,计算了CdSexS1-x的电子学结构及光学性质,并将计算结果与实验进行了对比。结果表明,CdSexS1-x的晶格常数随着Se组分的增加呈线性增大趋势,态密度向低能级方向移动,禁带宽度减小,光吸收边发生一定程度的蓝移。当Se含量为0.5时,CdSexS1-x的光折射、反射和能量损失最大。除了Se和S的比例为1∶1时CdSexS1-x所属晶系为三斜晶系,其他比例下均为立方晶系。理论计算结果与实验符合。     

Cu2Se电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面超赝势方法计算研究了Cu2Se的电子结构、态密度和光 学性质。能带结构分析表明Cu2Se为半金属、上价带主要由Se的4p电子构成下价带主要由Cu的3d电子构成静态介电常数为1.41折射率为7.74吸收系数在可见光范围内最小值为1×105cm−1且在高能区对光子的吸收减小为零其电子能量损失峰在26.84eV正好对应反射系数急剧下降的位置光电导率的波谷出现的能量范围与前面的吸收系数和消光系数的峰值和波谷出现的位置完全对应。     

Cu2Se电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面超赝势方法计算研究了Cu2Se的电子结构、态密度和光 学性质。能带结构分析表明Cu2Se为半金属、上价带主要由Se的4p电子构成下价带主要由Cu的3d电子构成静态介电常数为1.41折射率为7.74吸收系数在可见光范围内最小值为1×105cm−1且在高能区对光子的吸收减小为零其电子能量损失峰在26.84eV正好对应反射系数急剧下降的位置光电导率的波谷出现的能量范围与前面的吸收系数和消光系数的峰值和波谷出现的位置完全对应。     

黑索金电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对黑索金晶体的电子结构和光学性质进行了计算. 结果表明: 黑索金是能隙值为3.43 eV的绝缘体, 价带主要由C, N和O的2s与2p态构成, 而导带主要由N-2p和O-2p态构成; 静态介电函数ε₁(0)=1.38, 介电常数的虚部有5个峰值, 其中最大峰值在光子能量4.59 eV处, 并对造成这些峰值的可能的电子跃迁做了详细分析. 利用能带结构和态密度分析了黑索金的光反射系数、吸收系数及能量损失函数等光学性质, 发现黑索金是对光吸收、反射及能量损失不敏感的材料. 关键词： 黑索金 第一性原理 电子结构 光学性质     

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.     

A-La2O3电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算A-La2O3的电子结构和光学性质.结果表明,A-La2O3,属于间接带隙氧化物,禁带宽度为3.72 eV;其价带主要由La的5s,5p和6s态电子以及O的2s和2p态电子构成,导带主要由La的5d态电子构成.经带隙校正后,计算得到A-La2O3在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、吸收光谱、反射光谱、损失函数和光电导谱.结果表明,A-La2O3,在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,并且具有从近紫外到红外的透明区域,为A-La2O3,的应用提供了理论依据.     

Mg掺杂CdSe电子结构和光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,计算了纤锌矿结构Cd1-xMgxSe(x=0,0.125,0.250,0.375)的电子结构和光学性质。结果表明,不同系统的价带顶都主要由Se4p态决定,其位置基本不变;导带底由Se4 s态和Cd5 s共同决定,并且随着掺杂浓度的增加向高能区移动,结果使得带隙展宽,由此使得系统介电函数虚部的峰值和折射率实部的峰值随掺杂浓度的增大而蓝移,计算结果与实验符合。     

TiO_2纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了小尺寸锐钛矿相(n,0)型Ti O2纳米管(D16)的几何构型、电子结构和光学性质.结果表明:随着管径增大,体系单位Ti O2分子的形成能降低,体系趋于稳定;在管径14左右,(n,0)型Ti O2纳米管会发生一次构型的转变.能带分析显示,Ti O2纳米管的电子态比较局域化,小管径下(D14)其导电性更好;随着构型的转变,Ti O2纳米管由直接带隙转变为间接带隙,并且带隙值随着管径的增大而增大,这是由于π轨道重叠效应的影响大于量子限域效应所导致的结果.两种效应的竞争,使得Ti O2纳米管的介电函数虚部ε2(ω)谱的峰值位置随管径增大既可能红移也可能蓝移,管径大于9(即(8,0)管)之后,Ti O2纳米管的光吸收会出现明显的增强.     

高压下LiNbO3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO3晶体波态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收系数,能量损失函数以及光电导率. 研究发现：外界压强大于10Gpa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生“蓝移”.研究表明,高压可以有效调控LiNbO3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

高压下LiNbO_3晶体电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面方法研究了外界压强对LiNbO_3晶体态密度,能带结构,电荷密度以及光学性质的影响.能带结构计算表明,价带顶主要由O-2p和Nb-4d态电子贡献,导带底主要由Nb-4d态电子贡献,且带隙随着压强的增加而线性增大.利用复介电函数计算了LiNbO_3晶体在不同压强下光学性质的折射率、反射率、吸收函数,能量损失函数以及光电导率.研究发现:外界压强大于10GPa时,静态折射率保持不变,随外界压强的增加,反射率、吸收函数以及光电导率区间有一定程度的拓宽,损失函数峰发生"蓝移".研究表明,外界高压可以有效调控LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质,为LiNbO_3晶体的高压应用提供了有益的理论依据.     

First-principles study on the electronic and optical properties of BiFeO3

The structural, electronic, and optical properties of multiferroic bismuth ferrite (BiFeO₃) are investigated using density functional theory within generalized gradient approximation (GGA). The calculated lattice parameters are in good agreement with the experimental data. The electronic structure shows that BiFeO₃ has an indirect (very close to direct) band gap of 1.06 eV. The complex dielectric function, absorption spectra, refractive index, extinction coefficient, energy-loss spectrum and reflectivity are calculated, and the results are compared with the available experimental data. Finally, the optical properties of BiFeO₃ are discussed based on the band structure calculations.     

Pressure effect on structural,electronic optical and thermodynamic properties of cubic AlxIn1-xP: a first-principles study

ABSTRACT

First-principles total energy calculations have been performed using the full potential linearised augmented plane wave (FP-LAPW) method as implemented in the WIEN2k code based on the density functional theory (DFT) to investigate the Al-doping effects on the structural, electronic and optical properties of Al_xIn_1-xP ternary alloys in the zinc-blende (ZB) phase. Different approximations of exchange-correlations energy were used such as the local density approximation (LDA), the generalised gradient approximation within parameterisation of Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE-GGA), and the Wu-Cohen (WC-GGA). In addition, we have calculated the band structures with high accuracy using the Tran-Blaha modified Becke–Johnson (TB-mBJ) approach. The pressure dependence of the electronic and optical properties of binary AlP, InP compounds and their related ternary alloys Al_xIn_1-xP were also investigated under hydrostatic pressure for (P?=?0.0, 5.0,10.0, 15.0, 20.0, 25.0?GPa), where it is found that InP compound change from direct to indirect band gap for P?≥?9.16?GPa. Furthermore, we have calculated the thermodynamic properties of InP and AlP binary compounds as well as the Al_xIn_1-xP solid solutions, where the quasi-harmonic Debye model has been employed to predict the pressure and temperature dependent Gibbs free energy, heat capacity, Debye temperature and entropy.     

C掺杂AlN的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(DFT)的平面波超软赝势法,研究了C掺杂铅锌矿AlN的电子结构、磁性和光学性质.结果表明,C掺杂AlN产生了自旋极化,在带隙中引入杂质带形成受主能级,实现p型掺杂,同时表现出较强的半金属铁磁性,半金属能隙为0.315eV,理论上可实现100%的自旋载流子注入.掺杂后体系的介电函数虚部和光吸收系数在低能区出现新的峰值,吸收边向低能方向延展,能量损失明显减少.     

First-principles study of the electronic and optical properties of ZnO nanowires

The geometric, energetic, electronic structures and optical properties of ZnO nanowires (NWs) with hexagonal cross sections are investigated by using the first-principles calculation of plane wave ultra-soft pseudo-potential technology based on the density functional theory (DFT). The calculated results reveal that the initial Zn-O double layers merge into single layers after structural relaxations, the band gap and binding energies decrease with the increase of the ZnO nanowire size. Those properties show great dimension and size dependence. It is also found that the dielectric functions of ZnO NWs have different peaks with respect to light polarization, and the peaks of ZnO NWs exhibit a significant blueshift in comparison with those of bulk ZnO. Our results gives some reference to the thorough understanding of optical properties of ZnO, and also enables more precise monitoring and controlling during the growth of ZnO materials to be possible.     

二维缺陷GaAs电子结构和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方法计算了存在Ga空位缺陷和掺杂B原子的二维GaAs的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明空位缺陷二维GaAs显示出金属特性,B原子的引入使体系变为间接带隙半导体,禁带宽度为0.35 eV.态密度计算发现体系低能带主要由Ga的s态、p态、d态和As的s态、p态构成;高能带主要由Ga和As的s态、p态构成.掺杂B原子与存在空位缺陷的二维GaAs相比,静态介电常数相对较低,变为8.42,且易于吸收紫外光,在3.90～8.63 eV能量范围具有金属反射特性,反射率达到52%.     

UO2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用局域自旋密度近似 (LSDA)和有效库仑相关能 (U) 方法研究了UO₂的晶格参数、能带结构和光学常数. 计算得到的UO₂晶体的晶格常数为5.40 ?,带隙宽度为1.82 eV,正确预测了UO₂的反铁磁性半导体基态性质. 能带结构和介电函数的分析结果表明,铀的6d电子在晶体场中发生劈裂形成两个能级,与实验结果较为符合.     

镍掺杂硅纳米线电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对镍掺杂硅纳米线的结构稳定性、电子与光学性质进行了研究.结果表明:Ni容易占据硅纳米线表面的替代位置.镍掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级,杂质能级主要来源于Ni的3d电子的贡献.由于Ni的3d态和Si的3p态的耦合作用,使禁带宽度变窄.掺杂后的硅纳米线在低能区出现了一个较强的吸收峰,且吸收带出现宽化现象. 关键词： 硅纳米线 掺杂 电子结构 光学性质     

N掺杂SnO2材料光电性质的第一性原理研究

采用全电势线性缀加平面波(full potential linearized augmented plane wave method,简记为FP-LAPW)方法,基于密度泛函理论第一性原理计算分析N掺杂SnO₂材料,研究了在N替代O原子和N替代Sn原子情况下的电子态密度、电荷密度分布以及光学性质.研究表明N掺杂替代Sn较之N掺杂替代O原子的带隙要宽,都宽于SnO₂的本征带隙,且两种情况下N分别处于负氧化态和正氧化态,其介电函数谱也与带隙对应发生蓝移,从理论上指出     

高压下YB6的电子结构与光学性质的第一性原理研究

本文从第一性原理出发,基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA）方法,对不同压力下YB6的电子结构及光学性质方面进行了研究。结果表明：在一定的压力范围内随着压力的增大,费米面以上的能带往高能量处移动,费米面以下的能带往低能量处移动。能量损失谱的第一个峰随着压力的增大往高能量处移动,并且峰强增大。这表明可以通过压力来调节YB6在可见光区的吸收谷的位置及强度,在高压下YB6将展现更好的隔热性能。