Bi4Se3薄膜的声子结构及电声子相互作用的第一性原理研究

基于密度泛函微扰理论,运用第一性原理研究两种终结面的Bi₄Se₃薄膜的声子结构和电-声子相互作用.结果表明两种终结面的Bi₄Se₃薄膜体系都是动力学稳定的. Bi₄Se₃薄膜中插入的Bi₂双原子层与Bi₂Se₃五原子层的声子投影态密度并不完全匹配,这会阻碍部分声子的输运,降低热导,从而有利于提高材料的热电性能.另外,两种终结面的Bi₄Se₃薄膜的电-声子耦合系数都不太大（约0.278）,有利于制备基于室温工作的电子学器件.     

三元硅化物CaAlSi的电-声子耦合和超导电性研究

应用全势线性缀加平面波方法计算新超导体CaAlSi的电子能带结构,用带心冻结声子法计算了声子频率及电声子耦合常数,并讨论了它们的超导电性.考虑到Al,Si原子分布的无序性和完全等价性,我们采用了双层超格子原胞模型,并考虑了低频B1g1声子频率的非谐性效应.由此计算得到稳定的低频B1g1声子频率为110cm-1,对超导电性有较大的贡献的Cad态电子与B1g1振动模式间的电声子耦合常数为0.37.我们的结果与用虚晶近似的结果是一致的.并证明CaAlSi的超导电性可由中等耦合的BCS理论来解释.     

Ga掺杂ZnO电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了纤锌矿ZnO掺杂Ga前后的电子结构和光学性质.计算结果表明,ZnO中引入杂质Ga后,导带底主要由Ga4s态和Zn4s态构成,并且Ga4s态跨过费米能级,形成n型半导体.计算得到电子浓度为2.42×10~(21)cm~(-3),掺Ga有效提高了ZnO的载流子浓度.同时ZnO掺Ga后,ZnO的光学带隙从3.47 eV展宽为4.25 eV,并且在可见光区几乎无吸收,是理想的透明导电材料.     

SiP化合物结构和电子特性的第一性原理研究

应用第一性原理方法研究了SiP化合物的结构和电子特性,并且将研究推广到其他第四族元素磷化物(IV-P).在研究的各种结构中,SiP单斜晶体结构是能量最低、最稳定的结构.SiP的体弹性模量比CN和CP化合物以及相对应的第三族元素氮化物和磷化物要小.SiP不同的结构间能发生相变,其单斜晶体结构(monoclinic)在压强为6.2 GPa, 15.0 GPa, 19.3 GPa, 20.0 GPa 和 10.3 GPa时分别转变成GeP型结构、Rhom.型结构、β-InS型结构、 CsCl型结构和NaCl型结构.能带计算结果显示SiP单斜晶体结构(monoclinic)和GaSe型结构是间接带隙分别为1.123 eV 和 0.123 eV的半导体,SiP其他结构则显示出金属特性.其他化学比为1:1的第四族元素磷化物(IV-P)具有相同的性质.     

Gd掺杂ZnO纳米线磁耦合性质的第一性原理研究

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了钆(Gd)掺杂氧化锌(ZnO)纳米线的磁耦合特性. 讨论了两个Gd原子替换ZnO纳米线中不同位置Zn原子的各种可能情况. 计算发现, ZnO中掺杂的Gd原子处于相邻的位置时它们之间的相互作用是铁磁性的, 并且体系的铁磁性可以通过注入合适数目的电子来得到加强. 同时发现Gd掺杂ZnO纳米线后s-f耦合作用变得显著, 使得体系的铁磁性变得更加稳定, 这也是Gd掺杂ZnO纳米线呈现铁磁性的原因. 这些结果为实验上发现的Gd掺杂ZnO纳米线呈铁磁性提供了理论依据.     

BaZrO3和CaZrO3能带和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论基础上的CASTEP软件包,计算了BaZrO3和CaZrO3的能带以及光学性质.计算得到BaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.49 eV和3.23eV,CaZrO3直接带隙和间接带隙分别为3.73 eV和3.38 eV.对这两种材料的介电函数、吸收系数、反射系数、折射系数、湮灭系数和能量损失系数等光学系数进行了计算,并基于电子能带对光学性质进行了解释.得出,光学特性的异同是由于其内部微观结构上的异同所引起的.     

巡游电子系统中电子—声子相互作用对磁性激发的影响

从Ｐｅｉｅｒｌｓ－Ｈｕｂｂａｒｄ哈密顿量出发，讨论了电子－声子相互作用对巡游电子系统磁性激发的影响。结果表明，电子－声子相互作用，不仅改变了Ｘ＾－＋（ｑ，ω）的动力学特性，而且在系统能带结构中，使两个自旋子带分裂减小，从而更有利于电子－空穴对的个别激发；另一方面，电－声子相互作用导致自旋波激发出现能隙。     

用光谱烧孔研究卟啉掺杂的高分子薄膜中电子-声子的相互作用

本文对电子给体、受体双掺杂在高分子薄膜中形成的光谱烧孔体系,做温度循环实验,研究体系中电子-声子的相互作用,得到了表征电子-声子耦合强度的黄昆因子和薄膜中局域振动的声子频率.     

Ba0.5Sr0.5TiO3电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理研究了Ba0.5Sr0.5TiO3的能带结构和光学性质.结果表明,导带和价带都来源于钛原子3d轨道和氧原子2p轨道的杂化.导带主要由钛原子的3d轨道贡献,价带主要由氧原子的2p轨道贡献.吸收系数为105 cm-1量级,且吸收主要集中在低能区.折射率为n(0)=2.1,结果与实验符合.     

表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质影响的第一性原理研究

纳米线表面存在大量的表面态,它们能够引起电子分布在纳米线表面,使得纳米线的电学性质对表面条件变得更加敏感,严重地制约器件的性能.表面钝化能够有效地移除纳米线的表面态,进而能够有效地优化器件的性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了表面钝化效应对GaAs纳米线电子结构性质的影响.考虑了不同的钝化材料,包括氢元素、氟元素、氯元素和溴元素.研究结果表明:具有小尺寸的GaAs裸纳米线的能带结构呈间接带隙特征,表面经过完全钝化后,转变为直接带隙特征;GaAs纳米线表面经过氢元素不同位置和不同比例钝化后,展示出不同的电学性质;表面钝化的物理机理是钝化原子与纳米线表面原子通过电荷补偿移除纳米线表面的电子态;与氢元素钝化相比,GaAs纳米线表面经过氟元素、氯元素和溴元素钝化后,带隙宽度较小,原因是氟元素、氯元素和溴元素在钝化过程中具有较小的电荷补偿能力,不能完全移除表面态.     

Li2C2中电声耦合及超导电性的第一性原理计算研究

通过第一性原理密度泛函和超导Eliashberg理论计算, 我们研究了Li₂C₂在Cmcm相的电子结构和电声耦合特性, 预言这种材料在常压和5GPa下是由电声耦合导致的转变温度分别为13.2 K 和9.8 K的超导体, 为实验上探索包含一维碳原子链的材料中是否可能存在超导电性、发现新的超导体提供了理论依据. 如果理论所预言的Li₂C₂超导电性得到实验的证实, 这将是锂碳化物中转变温度最高的超导体, 高于实验观测到的LiC₂的1.9 K和理论预言的单层LiC₆的8.1 K超导转变温度.     

A hybrid functional first-principles study on the band structure of non-strained Ge_(1-x)Sn_x alloys

Using hybrid-functional first-principles calculation combined with the supercell method and band unfolding technique we investigate the band structure of non-strained Ge_(1-x)Sn_x alloys with various Sn concentrations. The calculations show that at the Sn concentration of ～ 3.1 mol% the Ge Sn alloy presents a direct band gap. The variation of the band structure are ascribed to the weaker electro-negativity of Sn atoms and a slight charge transfer from Sn atoms to Ge atoms.     

Stability and electronic structure of InN nanotubes from first-principles study

The stability and electronic structure of hypothetical InN nanotubes were studied by first-principles density functional theory. It was found that the strain energies of InN nanotubes are smaller than those of carbon nanotubes of the same radius. Single-wall zigzag InN nanotubes were found to be semiconductors with a direct band gap while the armchair counterparts have an indirect band gap. The band gaps of nanotubes decrease with increasing diameter, similar to the case of carbon nanotubes.     

Electronic and structural properties of N-vacancy in AlN nanowires: A first-principles study

The stability and electronic structures of AlN nanowires with and without N-vacancy are investigated using firstprinciples calculations.We find that there is an inverse correlation between formation energy and diameter in ideal AlN nanowires.After calculating the formation energies of N-vacancy at different sites in AlN nanowires with different diameters,we find that the N-vacancy prefers to stay at the surface of the nanowires and it is easier to fabricate them under Al-rich conditions.Through studying the electronic properties of AlN nanowires with N-vacancies,we further find that there are two isolated bands in the deep part of the band gap,one of them is fully occupied and the other is half occupied.The charge density indicates that the half-fully occupied band arises from the Al at the surface,and this atom becomes an active centre.     

镧铱硅电子结构与成键机理的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了镧铱硅（La-Ir-Si）体系四种异构体的电子结构与成键机理．通过对能带结构、态密度的系统分析,发现：La-Ir-Si体系的超导属性与该体系中过渡元素Ir-d态和Si-p态的p-d轨道耦合强度有关．为了定量描述p-d轨道耦合的强度,采用了分子中的原子方法,针对La-Ir-Si体系成键过程中的电荷迁移进行了定量的分析,结果表明,超导的转变温度与体系中Ir原子basin中的电荷量成近线性关系． 关键词： La-Ir-Si 电子结构 超导属性 第一原理     

第一原理研究界面弛豫对InAs/GaSb超晶格界面结构、能带结构和光学性质的影响

通过广义梯度近似的第一原理全电子相对论计算, 研究了不同界面类型InAs/GaSb超晶格的界面结构、电子和光吸收特性. 由于四原子界面的复杂性和低对称性, 通过对InAs/GaSb超晶格进行电子总能量和应力最小化来确定弛豫界面的结构参数. 计算了InSb, GaAs型界面和非特殊界面(二者交替)超晶格的能带结构和光吸收谱, 考察了超晶格界面层原子发生弛豫的影响.为了证实能带结构的计算结果, 用局域密度近似和Hartree-Fock泛函的平面波方法进行了计算. 对不同界面类型InAs/GaSb超晶格的能带结构计算结果进行了比较, 发现界面Sb原子的化学键和离子性对InAs/GaSb超晶格的界面结构、 能带结构和光学特性起着至关重要的作用.     

Topological properties of Sb(111) surface: A first-principles study

First-principles calculations based on the density functional theory were performed to systematically study the electronic properties of the thin film of antimony in (111) orientation. By considering the spin-orbit interaction, for stoichiometric surface, the topological states keep robust for six-bilayer case, and can be recovered in the three-bilayer film, which are guaranteed by time-reversal symmetry and inverse symmetry. For reduced surface doped by non-magnetic Bi or magnetic Mn atom, localized three-fold symmetric features can be identified. Moreover, band structures show that the non-trivial topological states stand for non-magnetic substitutional Bi atom, while can be eliminated by adsorbed or substitutional magnetic Mn atom.     

Vacancy effect on the doping of silicon nanowires:A first-principles study

The influence of vacancy defect on the doping of silicon nanowires is systematically studied by the first-principles calculations. The atomic structures and electronic properties of vacancies and vacancy–boron(vacancy–phosphor) complexes in H-passivated silicon nanowire with a diameter of 2.3 nm are explored. The results of geometry optimization indicate that a central vacancy can exist stably, while the vacancy at the edge of the nanowire undergoes a local surface reconstruction, which results in the extradition of the vacancy out of the nanowire. Total-energy calculations indicate that the central vacancy tends to form a vacancy–dopant defect pair. Further analysis shows that n-type doping efficiency is strongly inhibited by the unintentional vacancy defect. In contrast, the vacancy defect has little effect on p-type doping.Our results suggest that the vacancy defect should be avoided during the growth and the fabrication of devices.