金属间化合物Ca_3Si_4光学性质的第一性原理计算

使用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对Ca3Si4块体进行了详细的计算研究,得到了金属间化合物Ca3Si4是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0.372 eV;价带主要由Si的3s和3p态电子构成,导带主要由Ca的3d态电子构成。其光学性质结果为:静态介电常数为19,折射率为4.35,吸收系数最大峰值为1.56×105cm-1,能量损失峰的最大值约在8.549 eV处。     

镧系元素(Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)掺杂NaTaO3光电性质影响的第一性原理研究

为提高NaTaO₃在可见光区的光谱响应范围,利用第一性原理方法研究了镧系金属(Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)掺杂NaTaO₃体系,并对掺杂前后体系的晶体结构、形成能、电子结构以及光学性质进行了计算与分析。结果表明：掺杂体系均发生了晶格畸变,导致体系键布局发生变化,使体系内的正负电荷不再重合,从而在体系内产生了局域电势差,这有效阻碍了体系内部光生电子与空穴的复合,有利于提高NaTaO₃体系的光催化能力。在形成能的计算中发现NaTa_0.875Pr_0.125O₃的形成能最小,表明该体系最容易形成。掺杂体系的禁带宽度均减小,能级变密集。从态密度图中发现掺杂会加强原子轨道在费米能级的杂化程度,可以有效减少电子-空穴对的复合。从光学性质中发现Ce、Pr、Eu的掺入使NaTaO₃发生了红移,其中NaTa_0.875Pr_0.125O₃对可见光的响应范围最广,该体系有望成为新型高效的光催化...     

HfxTi1-xO2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平面波超软赝势法,研究了金红石结构TiO2以及不同比例Hf替代Ti原子后形成的化合物HfxTi1-xO2的几何结构、电子结构和光学性质.计算结果表明,化合物HfxTi1-xO2都是具有间接带隙的半导体,Hf的替代使TiO2的禁带宽度有不同程度的增加,静态光学介电常数减小,但均高于SiO2,因此能够满足微电子行业对于高k材料的要求.     

用定量电子晶体学方法研究金属间化合物的电荷密度

本工作应用定量电子晶体学方法，对钒合金化前后的γ－ＴｉＡｌ等轴晶、不同温度变工艺得到的γ－ＴｉＡｌ等轴晶以及加硼前后的Ｎｉ３Ａｌ单晶的低指数结构因子值进行了定量测定，并通过Ｆｏｕｒｉｅｒ变换和Ｐｏｉｓｓｏｎ方程得到晶体单胞内的电荷密度分布。     

立方相Ca_2Ge电子结构及热力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贋势平面波法对立方相Ca_2Ge的电子结构和声子色散关系进行了研究。分析得到:立方相Ca_2Ge是带隙为0.553eV的直接半导体,导带主要由Ca 3d电子态贡献,决定了立方相Ca_2Ge半导体的特性。由声子色散和声子态密度关系分析得到立方相Ca_2Ge晶格振动声学波由Ca原子和Ge原子贡献,光学波低频段(4.6~5.5THz)主要由Ge原子贡献,高频段(5.5~7.3THz)主要由Ca原子贡献。利用准谐德拜模型研究立方相Ca_2Ge的热力学特性,计算结果表明:恒定温度下,体积变化率、热容和热膨胀系数随压力的升高而降低,体弹模量B随压力的升高而增加;压强恒定条件下,体积变化率和体弹模量B随温度的增加而减小,热膨胀系数和热容随温度的增加而增加,当温度高于800K时,热熔CV受压力的影响较小,且接近Dulong-Petit极限。通过对立方相Ca_2Ge电子结构和热力学特性进行系统的研究得到完整的热力学参量,为Ca_2Ge后期的研究提供理论参考。     

CH3NH3PbI3和CH3NH3MnI3的电子结构和光学性质研究

采用第一性原理计算,研究了有机金属卤化物钙钛矿CH₃NH₃PbI₃和CH₃NH₃MnI₃的电子结构、磁性和光吸收。CH₃NH₃PbI₃和CH₃NH₃MnI₃都是具有直接带隙半导体,CH₃NH₃MnI₃磁基态为G型反铁磁序(G-AFM)。CH₃NH₃MnI₃在G-AFM状态下的带隙值为1.668 eV;当系统处于FM态时,多数自旋通道的带隙为0.696 eV,少数自旋通道的带隙为2.148 eV。结果表明,具有FM态的CH₃NH₃MnI₃的光激发电子将迅速熔化局域磁序。最后计算了CH₃NH₃PbI₃和CH₃NH₃MnI₃的光学特性,结果表明具有铁磁态的CH₃NH₃MnI₃(FM)表现出较强的红外光吸收。     

Mo掺杂SnO2光电特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,研究了不同掺杂浓度下钼(Mo)掺杂SnO₂的能带结构、电导率、吸收和反射率。建立了MoxSn1-xO₂的三种掺杂模型(x=0.0625,0.125,0.1875),掺杂体系具有高电导率、高载流子密度和宽带隙的n型金属特征。随着掺杂浓度的增加,掺杂体系的带隙增加,电导率降低。Mo掺杂后,可见光区域的高透射性得以保留。特别地,在x=0.0625时实现了Mo掺杂SnO₂的最佳电导率和光学性能。     

ZnS:Er电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波赝势方法,分析了ZnS及掺杂Er3+之后的电子结构,进而预测了其光学性质。结果表明,掺杂之后体系的带隙变窄,同时价带与导带之间形成一个新的中间带。随着掺杂Er3+浓度的增加,体系的绝缘性呈下降趋势,吸收光谱则发生红移现象。这一结论与前人报道的实验结果相符。     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

空位缺陷金红石型TiO2电子结构和光学性质的理论研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理模守恒赝势 方法,对纯金红石型TiO₂和Ti、O两种空位缺 陷相的几何结构、能带结构、态密度(DOS)以及光学性质进行了 系统地对比研究。结果发现,含有空 位缺陷的TiO₂键长增大,原子布局值减小并出现微弱的磁性;空位缺陷导致导带变窄,导 带和价带 都向低能级方向移动,由空位原子贡献的载流子增强了体系的电导率,费米能级上移进入导 带;与 纯金红石型TiO₂的直接带隙宽度(3.0eV)相比较,Ti空位缺陷相转 变为P型半导体且直接带隙为1.816 eV,而O空位缺陷相转变为n型半导体且间接带隙为1.961eV。同时, 两种空位缺陷结构的介电峰显 著红移,折射率有明显变化,对可见光区的吸收系数均比纯TiO₂高。与O空位结构相比,Ti 空位结构的 介电常数、折射率、消光因子和对可见光的吸收强度更大,更能增强电子在低能端的光学跃 迁,具有更佳的可见光催化性能。     

Be掺杂对ZnO电子结构和光学性质的影响

基于密度泛函理论（DFT）第一性原理计算了Zn1-xBexO化合物的电子结构和光学性质. 计算结果表明Zn1-xBexO带隙随掺杂浓度的增加而变大. 这种现象主要是由于价带顶O2p随掺杂量x的增加几乎保持不变,而Zn4s随掺杂量x的增加向高能端移动. 光学介电函数虚部计算结果表明：在2.0, 6.76eV位置随掺杂浓度的增加峰形逐渐消失,是由于Be替代Zn导致Zn3d电子态逐渐减少所致;而9.9eV峰形逐渐增强,是由于逐渐形成的纤锌矿结构BeO的价带O2p到导带Be2s的跃迁增加所致.     

Be掺杂对ZnO电子结构和光学性质的影响

基于密度泛函理论(DFT)第一性原理计算了Zn1-xBexO化合物的电子结构和光学性质.计算结果表明Zn1-xBexO带隙随掺杂浓度的增加而变大.这种现象主要是由于价带顶O2p随掺杂量x的增加几乎保持不变,而Zn4s随掺杂最x的增加向高能端移动.光学介电函数虚部计算结果表明:在2.0,6.76eV位置随掺杂浓度的增加蜂形逐渐消失,是由于Be替代Zn导致Zn3d电子态逐渐减少所致;而9.9eV峰彤逐渐增强,是由于逐渐形成的纤锌矿结构Beo的价带O2p到导带Be2s的跃迁增加所致.     

Ca_2P_xSi_(1-x)能带结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的贋势平面波方法,对不同P掺杂浓度正交相Ca2Si的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行计算,比较不同浓度P掺杂的几何结构、电子结构和光学性质。对不同P含量下Ca2PxSi1-x的几何结构比较研究得出:随着P浓度增加Ca2PxSi1-x的晶格常数a、c减小,b增加,体积减小;掺杂浓度对电子结构的影响主要体现在P掺杂Ca2Si使得费米面向导带偏移,且随着掺杂浓度的增加而更深入地嵌入导带中,费米面附近由Ca-d Si-p及P-p电子构成的导带和价带均向低能方向移动,带隙随着掺杂浓度的增大而增大;掺杂浓度对光学性质同样有较大的影响,Ca2PxSi1-x的静态介电函数、折射率随着P掺杂浓度的增加而增加,而反射谱随着P掺杂浓度的增加而减小。适当的P掺杂能够提高Ca2Si对光的吸收系数和折射率,降低光的反射,提高了Ca2Si的光电转换效率。     

赝立方结构的Si3P4、Ge3P4、Sn3P4电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了赝立方结构的Si3P4、Ge3P4、Sn3P4的电子结构和光学性质.结果表明:三种材料均为间接带隙半导体材料,与同类的碳化物相比,具有相对大的静态介电常数.研究结果为这类材料的应用提供了理论依据.     

第一性原理研究应变Si/(001)Si_(1-X)Ge_X能带结构

应变SiCMOS技术是当前研究发展的重点,其材料的能带结构是研究设计高速/高性能器件和电路的理论基础。基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(001)Si1-XGeX(X=0.1～0.4)的能带结构进行了研究,结果表明:应变消除了价带带边和导带带边的简并度;应变几乎没有改变电子有效质量,而沿[100]方向空穴有效质量随着Ge组份的增加而显著变小;导带劈裂能、价带劈裂能、禁带宽度与Ge组份X的拟合结果都是线性函数关系。以上结论为Si基应变MOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供了重要理论依据。     

定量会聚束电子衍射金属间化合物中微量元素硼的偏聚特性的电子结构研究

本文简要介绍了定量会聚束电子衍射方法及其优化算法；采用此方法研究了微量元素硼在金属间化合物NiAl和Co3Ti中导致的电荷密度重新分布及原子键合的变化，据此解释了硼对Ni3Al和Co3Ti的晶界偏聚的特性和力学性能的不同影响。     

碱金属掺杂SnO2材料的电子结构和光学性质

文章基于第一性原理研究了碱金属掺杂的SnO2的能带结构以及态密度.研究结果表明:掺杂能够使能级增多,很好地调节带隙值.Li,Na,K,Rb掺杂的SnO2材料,价带顶有能级穿过费米线,材料呈现出半导体特性.其中Rb掺杂使材料在费米面附近产生杂质能级.而Cs,Fr掺杂的SnO2材料,价带顶向低能级方向移动,费米能级不再穿过价带,费米线附近出现轨道杂化,两者相比Fr掺杂使费米面附近能级分布更加离散.掺杂后SnO2的反射率变化主要体现在可见光以及紫外区域,吸收边发生了红移,对实现SnO2光催化起很大作用.     

Ce-N共掺锐钛矿TiO2(001)取向电子结构和光学性质

采用第一性原理研究了Ce和N共掺杂锐钛矿TiO_2的稳定性、电子结构和光学性质。结果表明在锐钛矿TiO_2中Ce倾向于间隙掺杂,而N更倾向于O替位掺杂;Ce单掺杂和Ce-N共掺杂都能使TiO_2带隙宽度减小,同时N原子还能在价带顶引入浅受主能级,有利于可见光的吸收和阻止光生载流子-空穴复合;Ce单掺杂和Ce-N共掺杂锐钛矿TiO_2(001)取向都满足光催化制氢条件,因此都具有良好的光催化特性。综合分析带边位置和吸收光谱发现Ce-N共掺杂能有效提高锐钛矿TiO_2(001)取向的光催化制氢能力。