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.     

含氧空位单斜相HfO2电子结构和光学性质的第一性原理分析

二氧化铪（HfO2）是一种具有宽带隙和高介电常数的陶瓷材料，在微电子领域得到了广泛的关注。在常温常压条件下，其稳定结构是单斜相的HfO2。目前，相关学者对HfO2的研究主要集中在电学和光学方面，可以通过基于密度泛函理论的平藏波超软赝势方式，计算出含氧空位单斜相HfO2的电子结构及光学性质原理，由于氧空位存在缺陷，使得HfO2带隙中出现了缺陷态，得到了HfO2的分波态密度与总态密度。带隙校正后，得出了HfO2光学线性响应函数随光子能量变化的关系。     

TiN_x电子结构与光学性质的第一性原理计算

利用第一性原理计算了TiNx体系中不同N含量(x=0、0.5、0.6和1)所对应TiNx晶胞结构的电子结构和光学性质。计算结果表明,TiNx均具有典型的金属性,随着N含量的增加,TiNx金属性减弱;精确计算了TiNx(x=0、0.5、0.6和1)晶体的介电函数和反射率函数,得出的计算结果与现有的理论吻合得较好,该结果为TiNx材料在分子原子尺度上的进一步设计及其应用提供了理论依据。     

CdO电子结构与光学性质的第一性原理计算

计算了CdO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了CdO材料电子结构与光学性质的内在关系.所有计算都是基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的CdO材料的能量损失函数、介电函数、反射谱,理论结果与实验符合,通过电荷密度差分图分析了CdO材料的化学和电学特性,为CdO光电材料的设计与大规模应用提供了理论依据.同时,计算结果也为精确监测和控制该类氧化物材料的生长过程提供了可能性.     

Ca2Si电子结构和光学性质的研究

采用第一性原理赝势平面波方法系统的计算了Ca2Si电子结构和光学性质，其中包括能带、态密度、介电函数、复折射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数。计算结果显示Ca2Si是典型的半导体，正交相结构有一个直接的带隙，并且光学性质显示出各向异性。Ca2Si立方相的计算结果也显示是直接带隙半导体，并且有很高的振子强度。从能带和态密度的计算结果判断出它们的光学性质主要由Si的3p态电子向Ca的3d态的带间跃迁所决定。     

单层WxMo1-xS2合金电子和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对WxMo1-xS2(x=0,0.25,0.5,0.75,1)单层合金的电子结构和光学性质进行了较为系统的研究.计算结果表明:合金的带隙都为直接带隙,随着W含量增加可由1.802 eV增加至1.940 eV,但并不是线性增加.电荷差分密度图计算结果显示,随着W含量的增加,Mo原子失电子数逐渐增加,W原子得电子数逐渐增加.合金的光学性质可随着W含量的变化调谐.随着W含量的增加,WxMo1-xS2合金的静态介电常数逐渐减小,虚部吸收阈值逐渐增大,吸收边向高能区移动.与本征Mo16S32相比,WxMo1-xS2合金在紫外光区域(6～8.5 eV)表现出更强的紫外吸收能力,而W12Mo4S32和W16S32合金在可见光区域(～3 eV)有着更高的吸收系数,这在理论上表明此类单层合金在可见光及近紫外光区域可应用于光电信号的探测.     

Mg2Si电子结构及光学性质的研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Mg2Si基态的电子结构、态密度和光学性质。计算结果表明Mg2Si属于间接带隙半导体，禁带宽度为0．2994eV；其价带主要由Si的3p以及Mg的3s、3p态电子构成，导带主要由Mg的3s、3p以及Si的3p态电子构成；静态介电常数ε1（0）=18．89；折射率n0=4．3460；吸收系数最大峰值为356474．5cm^-1；并利用计算的能带结构和态密度分析了Mg2Si的介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数的计算结果，为Mg2Si的设计与应用提供了理论依据。     

Ni掺杂CdS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框架下的第一性原理计算方法,对纤锌矿结构CdS和CdS∶Ni几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质进行了系统的研究。计算结果表明,Ni原子掺入CdS后晶格常量均减小,晶格发生局部畸变;Ni的掺杂在费米面附近引入杂质能级,极大地提高了CdS系统的导电性。光学性质的计算结果显示,掺杂导致在可见光区域出现了强度微弱的新吸收峰。所有结果表明,Ni掺杂CdS体系是极具潜力的透明导电材料。     

Ti2GeC电子结构和弹性性质的第一性原理研究

采用第一原理的方法研究了Ti2GeC的电子结构和弹性性质.从电子结构中可以看出,Ti2GeC中存在着共价键、离子键和金属键3种键.在态密度和Mulliken布居分析中有赝能隙和电荷转移.还得到了体模量、杨氏模量、切变模量、泊松比和德拜温度等物理参数.各向异性参数表明了Ti2GeC在压缩和剪切上主要呈现出各向同性.     

Na掺杂对闪锌矿ZnS电子结构和光学性质的第一性原理浅析

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)框架下,研究了纯净闪锌矿ZnS-B3和Na掺杂ZnS后的晶体结构、电子结构和光学性质。详细分析了不同Na掺杂浓度对ZnS的晶格常数、电子态密度和能带结构的影响,讨论了费米能级附近的电子组态对ZnS光学性质的影响。结果表明,掺杂Na对ZnS光学性能有极大的影响,当Na离子掺杂浓度为6.25%(原子分数)时,表现出较好的综合光学性质;当掺杂浓度为12.5%(原子分数)时,体系有效负电荷离子浓度增加,S3p态穿过费米能面,引起S3p态电子产生跃迁,在低能量红外区域产生新介电峰,引起光吸收,降低了ZnS材料的透红外性能。理论预测结果与文献报道的实验结果相吻合。     

CoSi_2合金电子结构和光学性质的理论研究

采用基于密度泛函理论框架的第一性原理计算方法,利用LSDA+U方法计算了CoSi2合金材料的电子结构和光学性质。计算结果表明,CoSi2合金能带结构的导带和价带在费米能级附近存在明显的交叠,表现出半金属特性。随着U值的增加,费米能级处的能级逐渐分裂,导带部分和价带部分分别向高能和低能方向移动,当U=8时,CoSi2合金出现自旋劈裂现象。电荷密度计算结果显示Co—Si键是一种以共价键为主且含有部分离子键成分的混合价合金材料,载流子具有明显的由Si原子向Co原子的电荷转移特性。光学吸收谱分析表明,随着U值的增大,CoSi2材料的吸收峰发生蓝移现象,吸收峰强度逐渐减弱。这些结果表明,CoSi2合金材料是一种很好的具有一定发光性能的热电材料。     

基于第一性原理研究RuAl_2的结构与力学性能

应用第一性原理密度泛函理论方法计算了RuAl_2的晶格参数、弹性模量、B/G比值和电子结构。理论计算得到的晶格参数与实验值比较吻合。其中,计算得到RuAl_2的体弹性模量B为185GPa,剪切模量G为125GPa,杨氏模量E为306GPa,理论计算的得到的维氏硬度为18.3GPa。B/G比值小于1.75,说明这种金属间化合物在基态下是脆性材料。这种高的弹性模量主要是由于晶体中Ru的4d电子轨道和Al的3p电子轨道上的电子局域杂化,形成较强的Ru-Al共价键所致。     

In-Ga共掺杂ZnO的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究本征ZnO、In和Ga分别单掺杂及In-Ga共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。结果表明:In掺杂的ZnO晶胞体积减小,Ga掺杂的ZnO晶胞体积增大,In-Ga共掺杂的ZnO晶胞体积增大是由掺入的Ga决定的;在ZnO禁带中引入杂质能级,禁带宽度变小,导电能力提高;In-Ga共掺杂后,ZnO吸收带边红移,在波长为302.3~766.8 nm的可见光范围内吸收减弱。     

应力条件下ZnO电子结构的第一性原理研究

计算了外压调制下ZnO体系电子结构特性,分析了外压对ZnO电子结构的影响.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.结果表明:随着压力的逐渐增大,Zn-O键长缩短,价带与导带分别向低能和高能方向漂移,带内各峰发生小的劈裂,带隙Eg明显展宽,Zn的3d电子与O的2p电子杂化增强.     

Sm掺杂对锐钛矿TiO2电子寿命和红移影响的第一原理研究

基于密度泛函理论平面波超软赝势方法,采用第一性原理对不同浓度Sm掺杂锐钛矿相TiO2超胞的结构优化、形成能、能带结构、态密度、差分电荷分布和光学性质进行了计算。结果表明Sm掺杂后锐钛矿相TiO2超胞的电子结构变化很大。在限定的浓度范围内,掺杂浓度越小,形成能越小,掺杂越容易,电子寿命越长,带隙宽度越窄,吸收光谱红移越显著。计算结果与实验结果一致。     

Co、Mn共掺杂SnO_2超晶格的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(FP-LAPW)方法,应用广义梯度近似来处理相关能,研究了Co、Mn掺杂SnO2超晶格的电子态密度、能带结构和光学性质。研究结果表明,Co、Mn掺杂使材料表现出金属性。共掺杂Co、Mn的3d电子和O的2p电子产生了强烈的杂化作用,杂化作用使Co和Mn原子的磁矩3.0μB。单掺杂Co时没有杂化作用,导致每个Co原子产生的磁矩为1.56μB。两种掺杂都在低能量区1.0 eV处形成新的介电峰,Co、Mn共掺杂与Co掺杂相比在1.5 eV处形成介电峰,吸收系数和反射系数也发生了相应的变化。