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.     

Cu,Fe掺杂LiNbO_3晶体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对Cu,Fe单掺及共掺LiNbO_3晶体的电子结构和光学性质进行了计算.结果显示:Cu,Fe单掺杂LiNbO_3晶体禁带内均产生了杂质能级,主要由Cu3d,Fe3d轨道及O 2p轨道贡献;共掺LiNbO_3晶体禁带内出现了双能级结构,深能级由Cu3d和O2p轨道贡献,浅能级由Fe3d和O2p轨道贡献.Cu,Fe单掺和共掺LiNbO_3晶体带隙依次缩小,在可见光区的光吸收明显增强.共掺LiNbO_3在445和630nm左右分别表现出一个宽吸收峰,比单掺LiNbO_3晶体表现出更好的光吸收性质.研究表明,Fe占Nb位比Fe占Li位的双掺样品在双光存储应用中更有优势;同时,浓度比[Fe2+]/[Fe3+]值的适当降低有助于这种优势的形成.     

高压下BaHfO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域密度近似下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法系统地研究了高压对BaHfO3电子结构与光学性质的影响．能带结构分析表明：无压强和施加正压强作用时,BaHfO3为直接带隙绝缘体,而施加负压强时,BaHfO3则转变为间接带隙半导体;BaHfO3的带隙随压强增加而减小,且具有明显的非线性关系．对光学性质的分析发现：施加正压强后,光学吸收带边产生蓝移;负压强作用时介电函数虚部尖峰减少,光学吸收带边产生红移;施加压强后BaHfO3的静态介电常数和静态折射率均增大．上述研究表明施加高压有效调制了BaHfO3的电子结构和光学性质,计算结果为BaHfO3光电材料的设计与应用提供了理论依据．     

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。     

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.     

高压下BaHfO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域密度近似下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法系统地研究了高压对BaHfO₃电子结构与光学性质的影响.能带结构分析表明;无压强和施加正压强作用时,BaHfO₃为直接带隙绝缘体,而施加负压强时,BaHfO₃则转变为间接带隙半导体;BaHfO₃的带隙随压强增加而减小,且具有明显的非线性关系.对光学性质的分析发现:施加正压强后,光学吸收带边产生蓝移;负压强作用时介电函数虚部尖峰减少,光学吸收带边产生红移;施加压强后BaHfO₃的静态介电常数和静态折射率均增大.上述研究表明施加高压有效调制了BaHfO₃的电子结构和光学性质,计算结果为BaHfO₃光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

畸形钙钛矿DyMnO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的广义梯度近似对畸形钙钛矿DyMnO₃的基态电子结构及光学性质进行计算和分析.结果表明优化的晶体结构参数与实验结果相符合,DyMnO₃具有非间接带隙大小为0.91 eV的能带结构,结合态密度分析了各元素价电子态的分布.计算分析包括介电常数,吸收系数,反射率等光学性质.     

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与Na掺杂AlN电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,计算了本征AlN,C-AlN,Na-AlN以及C-Na-AlN四种体系的电子结构和光学性质.得出结论：掺杂后各体系与本征AlN相比发生了晶格畸变,C-Na-AlN体系的结合能最小,体系最稳定.掺杂体系相比于本征AlN,禁带宽度都有不同程度的减小,导致电子在体系内跃迁时的概率增大,其中C-Na-AlN体系尤为明显,电子跃迁所需要的能量更小.掺杂后吸收带边发生了红移,拓宽了AlN体系对光的响应范围,增强了光吸收,并且C-Na-AlN体系在可见光区域内光吸收能力最强,在介电函数图的分析中可以得到,C-Na-AlN体系的介电常数最大,表明其电荷束缚能力最强,体系稳定性强,极化能力最好.     

闪锌矿结构AlN、AlP、AlAs和AlSb电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论下的第一性原理平面波赝势从头算量子力学方法,对闪锌矿结构AlN、AlP、AlAs和AlSb的电子结构和光学性质进行了研究。分析比较了这些化合物的能带结构、态密度、介电函数及折射率等性质,总结Al与不同Ⅴ族元素形成化合物时的性质变化规律。结果表明,四种材料有着相似的能带结构,都是间接带隙宽禁带半导体,但是在导带底AlN的能态结构与其它三种材料明显不同。随着从AlN到AlSb的变化,光学性质曲线发生红移。     

First-principles study on electronic and optical properties of S,N single-doped and S-N co-doped ZnO

The electronic and optical properties of undoped, N single-doped, S single-doped, and S-N co-doped ZnO were systematically investigated by first-principles calculations. The lattice parameters of S single-doped and S-N co-doped ZnO clearly increased. After N-doping, a strongly localized impurity energy level of N was formed near the Fermi level at the top of valence band (VB). In S-N co-doped ZnO, the localization of N weakened, and the Fermi level went deeper into the VB, indicating that the acceptor energy level of N formed in S-N co-doped system became shallower due to the effect of 3p state of S. Therefore, S-N co-doping is beneficial to obtain p-type ZnO with a higher hole concentration than N single-doping. Compared with undoped ZnO, the static dielectric constant, absorption coefficient, refractive index, energy loss function, and reflectivity of N single-doped, S single-doped, and S-N co-doped ZnO exhibited an increase in low-energy area.     

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%.     

高温高压下碳化钨晶体的结构、力学、电子、光学以及热力学性能的第一性原理计算

本文利用密度泛函理论中的广义梯度近似对碳化钨晶体的三种结构(碳化钨相、闪锌矿相以及纤锌矿相)进行了优化,得到能量最低的稳定构型,并在此基础上计算了它的力学、电子、光学和高温高压下的热力学性质.研究表明:在0～300 GPa压力范围内,碳化钨相具有最高的稳定性.同时,高压下碳化钨相的弹性常数满足Born-Huang准则,且0 GPa和300 GPa下的声子色散没有虚频,证明了高压下碳化钨相的静力学稳定性和动力学稳定性.电子性质表明了碳化钨的金属性.光学性质表明碳化钨在高能区很难吸收光.热力学性质的研究表明:体积比V/V_0对压强的变化更敏感;高温时C_V曲线近似一条直线;给定压强下热膨胀系数α在600 K温度以上增长非常缓慢;压强对德拜温度Θ_D的影响较大;在低压下格林艾森系数γ的变化较大.     

BaHf0.5Ti0.5O3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA）,利用第一性原理方法研究了BaHf_0.5Ti_0.5O₃的电子结构和光学性质.计算结果表明,BaHf_0.5Ti_0.5O₃是一种间接带隙半导体材料,其导带底主要由Ba、Hf和Ti的d态电子构成,价带顶则主要由O的p态、Hf和Ti的d态电子构成;理论计算的介电函数最高峰的峰位与实验结果吻合较好,相对误差小于4%;吸收系数最大峰值为2.43×10⁵cm^-1,且吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.01,能量损失峰出现在13.24 eV处.研究结果为BaHf_0.5Ti_0.5O₃光电材料设计与应用提供了理论依据.     

BaHf0.5Ti0.5O3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA）,利用第一性原理方法研究了BaHf0.5Ti0.5O3的电子结构和光学性质．计算结果表明,BaHf0.5Ti0.5O3是一种间隙的半导体材料,其导带底主要由Ba、Hf和Ti的d态电子构成,价带顶则主要由O的p态、Hf 和Ti的d态电子构成;理论计算的介电函数最高峰的峰位与实验结果吻合较好,相对误差小于4%;吸收系数最大峰值为2.43×105cm-1,且吸收主要集中在低能区,静态折射率为2.01,能量损失峰出现在13.24eV处．研究结果为BaHf0.5Ti0.5O3光电材料设计与应用提供了理论依据．     

Calculated structural, electronic and optical properties of Ga-based semiconductors under pressure

The structural, electronic and optical properties of GaP, GaAs and GaSb at ambient and under hydrostatic pressure have been calculated using the full potential linear augmented plane wave (FP-LAPW) method. The calculated lattice constant, bulk modulus and its pressure derivative are compared with available experimental data. The first and second order pressure coefficients for the (Γ-Γ) energy gaps and hydrostatic deformation potential shows agreement with measurement. The linear pressure coefficients of the transition (Γ-Γ) increases significantly as anion atomic number increases (GaP→GaAs→GaSb). The magnitude of linear pressure coefficient of the transition (Γ-X) are small and usually negative. The variation of linear pressure coefficient of the transition (Γ-L) are relatively small and follow similar trend as (Γ-Γ). Overall the calculated linear and nonlinear pressure coefficients show good agreement with the experimental data. The obtained dielectric function, refractive index, extinction coefficient and reflectivity are compared with measured data and show qualitatively good agreement.