高氯酸铵电子结构第一性原理研究

基于密度泛函的第一性原理,分别运用局域梯度近似泛函(LDA)和广义梯度近似泛函(GGA)对NH4ClO4晶体结构进行了优化,分析了NH4ClO4的能带结构、态密度、Mulliken布居和电荷密度。结果表明,NH4ClO4是能隙值为5.517eV的绝缘体;导带部分主要由O-2p和Cl-3p轨道构成,价带部分由晶体内各原子轨道构成。NH4ClO4属于典型离子晶体,离子基团中心原子N与Cl采用sp3杂化轨道,分别与H和O原子结合形成共价键,晶体内存在弱氢键N-H…O。     

第一原理计算掺杂LiFePO4的电子结构

采用基于第一原理密度泛函理论的计算方法,通过SIESTA软件计算模拟了过渡金属掺杂橄榄石型LiM0.125Fe0.875PO4(M=Ni、Mn)的电子结构,获得了LiFePO4掺杂体系的总态密度、各元素的分态密度以及净电荷分布,并以此分析了掺杂对LiFePO4体系电子导电性能改善的机制.结果表明:Fe位掺杂对LiFeP...     

掺杂Fe3+的TiO2电子结构及光学特性研究

本文通过溶胶凝胶法在室温下制备Fe3+掺杂TiO2,并通过X射线衍射仪,紫外-可见分光光度计等表征手段研究不同Fe3掺杂浓度和不同退火温度对TiO2晶体结构和光学性质的影响,并在密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势基础上采用VASP软件包对Fe3+掺杂TiO2进行能带结构、态密度的计算.XRD实验结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的TiO2结晶度高,400℃煅烧下TiO2主要为锐钛矿型晶体,500℃煅烧下出现微弱的金红石相,并在700℃完全转变为金红石相,掺杂浓度对晶型转化有一定的抑制作用.UV-Vis光谱测试表明:Fe3+掺杂使TiO2吸收边红移,提高了光吸收效率.计算结果表明:Fe3+掺杂在TiO2禁带中间产生了杂质能级,杂质能级主要由Fe3+的3d轨道电子形成,引进的杂质能级减少了电子跃迁所需能量,使吸收边红移.     

铑掺杂钛酸锶的第一性原理计算研究

基于密度泛函第一性原理研究了研究了铑(Rh)(掺杂量分别为:5.5%,8.3%,12.5%,25.0%)掺杂钛酸锶(SrTiO_3)的电子结构及光学性质。研究结果表明:铑元素的掺入使得钛酸锶整体的价带发生移动,禁带宽度逐渐缩小,当铑的掺入量达到25%时价带能级穿越费米能级,同时可以发现随着铑掺入量的增加,钛酸锶对于可见光的吸收逐渐增加,掺入量达到12.5%以上时对于紫外可见光(波长:200～800 nm)的吸收明显大幅提升。     

基于第一性原理的锐钛矿相EuxTi1-xO2-xNx电子结构及吸收光谱研究

基于第一性原理,采用密度泛函理论平面波超软赝势方法,建立了Eu单掺杂及Eu-N共掺杂的锐钛矿TiO2模型,对各模型的能带分布,态密度及吸收光谱进行计算.结果表明Eu-N共掺杂的锐钛矿TiO2在稳定性、光催化性能、吸收光谱红移等方面均优于Eu单掺杂的锐钛矿TiO2.     

La3+掺杂SiC纳米线的电磁性能与第一性原理计算

SiC 纳米线具有吸波性能强、作用频带宽、密度低的优点,但是由于 SiC 较差的阻抗匹配条件和较低的电导率,影响了其吸波性能的进一步提高。为了调节 SiC 的电子结构,改善其电磁性能,以硅微粉、活性炭、La₂O₃粉末为原料通过碳热还原法在 1 600 ℃合成了 La³⁺掺杂 SiC 纳米线。结果表明：掺杂 La³⁺能够增大 SiC 纳米线的长径比和堆垛层错密度,增强其形成三维网状结构和界面极化的能力,其介电性能得到了提高。在 2～18 GHz 范围内,其介电实部由 3.08～13.48(x=0)提升至3.33～19.75(x=1.0%),介电虚部由 3.45～6.98(x=0)提升至 5.03～11.56(x=1.0%)。同时 La³⁺掺杂提高了 SiC 纳米线的电导率,增强了其电导损耗。由于 SiC 纳米线界面极化和电导损耗的同时增强,掺杂 2.0%的 La³⁺的 SiC 纳米线在厚度为 2.0 mm 时达到了最小反射损耗(R_L     

N掺杂6H-SiC电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,对本征6H-SiC和Si空位、C空位、N掺杂6H-SiC的电子结构及磁性进行了计算。计算结果表明:本征6H-SiC和单一的N掺杂6H-SiC均没有磁性,但可以通过Si空位的引入产生自旋极化。在N和Si空位共掺杂6H-SiC的结构中,Si空位近邻的C原子自旋向上与自旋向下的态密度图明显不对称,主要是由与Si空位近邻的C-2p轨道的自旋极化引起的。N和2个Si空位共掺杂6H-SiC的结构呈现反铁磁性。     

碳硅共掺杂AlN晶体的电子结构分析

采用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波法,研究了C∶Si共掺杂纤锌矿AlN晶体的32原子超胞体系,得到了该体系的能带结构、电子态密度等性质,在此基础上分析了C∶Si共掺杂实现AlN晶体p型掺杂的机理.在AlN晶体的掺杂体系中,当C、Si的浓度相等时,会形成C-Si复合物,但施主和受主杂质相互补偿致使自由载流子浓度较低;当提高C的掺杂浓度时,会形成C2-Si,C3-Si等复合物,这些复合物的生成能够提高受主杂质的固溶度,降低受主激活能,有效提高空穴浓度.分析表明:C∶Si共掺杂有利于获得p型AlN晶体.     

黄铜矿型CuCrS2电子结构的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了黄铜矿CuCrS2的电子结构。结果表明:CuCrS2是一种半金属铁磁体,其半金属隙为0.18eV。每个CuCrS2分子的磁矩为3.00μB,Cr原子是分子磁矩的主要贡献者。晶胞体积变化时,各原子磁矩呈现不同的变化趋势,但Cr原子仍为分子磁矩的主要来源,晶胞体积增大5%和10%时,CuCrS2依然能表现出良好的半金属性。     

钼酸镉晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文利用了基于密度泛函理论的第一性原理和平面波赝势方法计算了CdMoO4晶体的电子结构和光学性质.分别采用了广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对晶胞参数进行优化,得到了最稳定状态下的晶胞参数.在优化结构的基础上得到了两种近似下的能带结构,电子态密度和介电函数.能带结构表明CdMoO4的价带顶和导带底均在Γ点,直接带隙分别为2.342 eV (GGA),2.241 eV (LDA).电子态密度计算结果说明Mo4d和O2p轨道之间强烈杂化形成Mo-O共价键,且其键性强于Cd-O键.计算得到的介电函数实部与虚部和Abraham等用WIEN97软件计算的结果吻合得较好.     

稀土元素(La、Y)掺杂SnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Y)掺杂SnO的电子结构和光学性质,计算结果表明,La、Y掺杂改变了体系的能带结构,未掺杂SnO为间接带隙半导体,La、Y掺杂后均变为直接带隙半导体。掺杂后,导带和价带均下移,费米能级进入导带,提高了体系的导电性能,实现了n型掺杂,La、Y单掺的带隙变窄,共掺体系的带隙变宽。La、Y掺杂后都提高了体系的静态介电常数,扩大了光吸收范围,并出现了新的吸收峰,提高了可见光区域的光催化性,其中共掺体系的变化最明显。La掺杂造成体系的能量损失增大,共掺体系的能量损失最小,且反射率最低,可显著提高掺杂体系的透光率。     

尖晶石型锰锌铁氧体的电子结构和磁性的计算与实验研究(英文)

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,计算了尖晶石型Zn1-xMnxFe2O4(x=0,0.5,1)铁氧体的电子结构和磁性,计算结果表明:ZnFe2O4铁氧体为绝缘体,MnFe2O4和Zn0.5Mn0.5Fe2O4铁氧体为半金属,ZnFe2O4铁氧体的能隙为0.89eV,小于实验值。此外,计算研究了Zn1-xMnxFe2O4(x=0,0.5,1)铁氧体中Zn的含量对其磁性的影响。结果表明,随着Zn含量的增加Zn1-xMnxFe2O4(x=0,0.5,1)铁氧体的磁矩先增大后减小,这与实验结果一致。     

基于第一性原理的S掺杂BiFeO3结构模拟和光吸收性能预测

采用基于密度泛函理论的第一性原理对S掺杂的四方铁酸铋(BiFeO_3)结构进行了模拟计算,并对其光吸收性能进行了预测。通过计算S替代O的形成能,获得了S的最可能替代位置和S掺杂BiFeO_3最稳定结构。研究发现,S取代O会造成BiFeO_3晶格沿c轴拉伸,体积膨胀。当S取代全部D1位置的O后,形成BiFeO_2S的c/a达到1.468,晶胞体积扩大近24%。电子结构分析表明,BiFeO_3掺入少量的S(Bi FeO_(2.875)S_(0.125))会使带隙减小,由原来未掺杂的1.53 eV降低到1.35 eV。BiFeO_2S相比BiFeO_(2.875)S_(0.125),虽然带隙宽度变化比较小,但导带底能带色散变小,这种变化对光的吸收有明显作用。由态密度分析可知,BiFeO_2S的导带最低点主要由Bi 6p_z和Fe3d_(z2)轨道构成,而Bi 6s轨道、O 2p_z轨道和S 2(p_x,p_y)轨道共同构成了价带     

Ni掺杂ZnO电子结构理论的研究

应用第一性原理、电子密度泛函理论作为研究的理论基础,通过计算来研究Ni掺杂ZnO晶体的几何结构、电子内部结构和光学性质。由结构图、能带图、光吸收曲线相互分析其几何结构、电子内部结构和光学性质的形成原因。对图形进行分析,结果表明Ni掺杂使ZnO的价带上移,禁带宽度小于纯ZnO,其光吸收曲线发生红移,提高了ZnO对可见光的利用率,这一结果可为进一步研究Ni掺杂ZnO实验奠定基础。     

N和硫属元素掺杂及共掺杂TiO_2第一性原理计算

采用密度泛函理论(DFT)计算了N、S、Se和Te掺杂及共掺杂金红石TiO2的电子结构。针对DFT方法存在对过渡金属氧化物带隙能的计算结果与实际值严重偏离的缺陷,采用DFT+U(Hubbard系数)方法对掺杂体系的电子结构进行了计算。优化结构的结果表明,掺杂造成二氧化钛的体积膨胀和晶格畸变很明显。相比较于其他元素而言,Te更难掺杂进二氧化钛中是由于其大的原子半径和较大的取代能。能带总态密度图和分态密度图的分析表明,Ti 3d和O 2d轨道与N 2p、S 3p、Se 4p和Te 5p强烈地杂化在一起。与S、Se、Te单掺杂后带隙能比较,由计算的结果(S:2.43;Se:2.42;Te:2.46)可以看出,N/S、N/Se和N/Te共掺杂能明显地改善材料的电子结构及带隙。DFT+U计算结果与实验测量结果较好地吻合。     

固体氧化物燃料电池阴极材料氧缺陷形式及迁移过程第一性原理计算

采用第一性原理方法研究了层状阴极材料LaSrCoO4±δ及PrBaMn2O5+δ的电子结构、缺陷形成能及氧离子迁移能,针对La/Sr、Pr/Ba等A位原子分层有序排列和交替混合排列2种结构,系统地分析了其对电子结构、氧空位及间隙氧缺陷的影响.结果表明:对于LaSrCoO4±δ,La/Sr分层有序排列更利于间隙氧离子的形...     

Na:O共掺杂AlN晶体的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理全势线性缀加平面波法,分别研究了Al N在Na单掺杂和Na:O共掺杂情况下的晶格结构、电子态密度及能带结构。计算结果表明:Na单掺杂Al N和Na:O共掺杂Al N均为直接带隙半导体材料,且表现出p型掺杂特性;相比于本征Al N晶体,两者的晶格结构均膨胀,而Na:O共掺杂相对Na单掺杂Al N晶格膨胀较小;Na单掺杂Al N的价带顶态密度具有较强的局域化特性,不利于掺杂浓度的提高;与Na单掺杂Al N相反,Na:O共掺杂Al N的价带顶态密度局域化特性明显减弱,受主能级变浅,有利于Al N的p型掺杂。     

固体氧化物燃料电池阴极材料氧缺陷形式及迁移过程第一性原理计算EI北大核心CSCD

采用第一性原理方法研究了层状阴极材料LaSrCoO_(4±δ)及PrBaMn_(2)O_(5+δ)的电子结构、缺陷形成能及氧离子迁移能,针对La/Sr、Pr/Ba等A位原子分层有序排列和交替混合排列2种结构,系统地分析了其对电子结构、氧空位及间隙氧缺陷的影响。结果表明:对于LaSrCoO_(4±δ),La/Sr分层有序排列更利于间隙氧离子的形成和迁移,对于PrBaMn_(2)O_(5+δ),Pr/Ba交替混合排列更有利于氧空位的形成和迁移。结合电子密度实空间密度分布,进一步分析了不同体系氧缺陷的形成和氧离子的迁移差异的原因,为该材料的研究和优化提供了具体的微观图像。     

钕离子掺杂铁氧体纳米晶的结构和磁性能

采用化学共沉淀法制备了钕离子(Nd3 )掺杂铁氧体纳米晶材料.利用Gouy磁天平、X射线衍射、红外光谱、透射电镜(transmission electron microscope,TEM)和X射线能谱分析等对产物进行了表征,研究了Nd3 掺杂量对Fe3O4纳米晶的结构和磁性的影响.结果表明:在Fe3O4晶格中掺杂适量Nd3 能提高材料的磁性,当摩尔比n(Fe3 ):n(Nd3 )=29∶1时.其磁性最强,此时Nd3 以直接充填的方式占据Fe3O4晶格中的B位.随着Nd3 掺杂量的增加,Nd3 '取代B位的Fe3 的进入晶格,使磁矩降低.TEM分析表明:制得的Nd3 掺杂铁氧体纳米晶颗粒大小较均匀,平均粒径约为8nm.     

Mo掺杂调控钛酸铋钠铁电陶瓷带隙的实验与第一性原理研究

为改善钛酸铋钠基无铅陶瓷的铁电光伏特性,通过传统固相法制备了B位Mo掺杂的Na0.5 Bi0.5(Ti1-x Mox)O3(BNT-Mox,x=0～0.02)无铅铁电陶瓷.通过XRD、拉曼光谱、吸收光谱等测试方法,结合基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Mo掺杂对BNT陶瓷体系带隙的影响规律及机理.结果表明:随着M...