第一性原理计算V-Al共掺杂CrSi_2的光电特性

采用第一性原理赝势平面波方法,对V-Al共掺杂CrSi2的几何结构、电子结构和光学性质进行了理论计算,并与未掺杂、V、Al单掺杂CrSi2的光电性能进行了比较。结果表明:V-Al共掺杂会增大CrSi2的晶格常数a和b,体积相应增大。V-Al:CrSi2是p型间接带隙半导体,带隙宽度为0.256eV,介于V、Al单掺杂CrSi2之间;费米能级附近的电子态密度主要由Cr-3d、V-3d、Si-3p、Al-3p轨道杂化构成。与未掺杂的CrSi2相比,V-Al:CrSi2的静态介电常数和折射率增大,εi(ω)在低能区有一个新的跃迁峰。在光子能量为5eV附近,εi(ω)的跃迁峰强度大幅减弱,吸收系数和光电导率明显降低,吸收边略有红移,平均反射效应减弱。V的掺入会削弱Al单掺杂的电子跃迁,V-Al共掺杂可以对CrSi2的能带结构和光学性质进行更精细的调节。     

Mn掺杂半金属铁磁体Fe2Si电磁特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论第一性原理的贋势平面波方法,计算了不同比例Mn掺杂Fe2-xMnxSi体系的电子结构和磁学特性,分析了不同比例Mn掺杂对Fe2-xMnxSi体系电磁特性的影响.计算结果表明:不同比例Mn掺杂Fe2-xMnxSi体系是铁磁体,自旋向上的能带结构穿过费米面表现金属特性,未掺杂Fe2Si的半金属隙为0.164eV;掺杂比例为8.3;时,自旋向下部分转变为L间的直接带隙半导体,Fe2-xMnxSi(x=0.17)体系呈现半金属特性;掺杂比例为12.5;时,自旋向下部分转变为A间的直接带隙半导体,Fe2-xMnxSi(x=0.25)体系呈现半金属特性;掺杂比例为25;时,自旋向下部分的带隙值接近于0,Fe2-xMnxSi(x=0.5)体系呈现金属特性.Mn掺杂使Fe2-xMnxSi体系的能带结构和电子态密度向低能方向移动,费米能级落入自旋向下的禁带之中,使得自旋极化率达到100;.Fe2-xMnxSi体系的半金属性和磁性主要来源于Fe-3d电子与Mn-3d电子之间的d-d交换,Si-3p电子与Fe-3d电子之间的p-d杂化.这些结果为半金属铁磁体Fe2Si的电磁调控提供了有效的理论指导.     

第一性原理研究Al掺杂Mn4Si7的电子结构及光学性质

基于密度泛函理论框架下,利用第一性原理计算方法,对本征Mn₄Si₇以及不同Al掺杂浓度下Mn₄Si₇的电子结构及光学性质进行系统计算分析. Mn₄Si₇晶胞中有16个Mn原子及28个Si原子,建立4种Mn_16-xAl_xSi₂₈(x=0,2,4,8)的掺杂模型,计算结果表明：本征Mn₄Si₇的禁带宽度E_g =0.775 eV,属于间接带隙半导体,Al的掺入导致了Mn₄Si₇费米能级附近的电子结构发生改变,导带向低能方向发生偏移,价带向高能方向发生偏移,禁带宽度由0.775 eV降至零,呈现出金属性.计算还表明,在光子能量低能区域,Al的掺入使Mn₄Si₇的介电函数、折射率、吸收及反射系数等光学性质有所提升,改善了Mn₄S...     

Mg2Si:Fe 电子结构及磁性的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了Mg_2Si:Fe体系的电子能带结构、态密度和磁性.结果表明:掺入的Fe原子优先占据晶格中的空隙位,也可能代替晶格中的Mg位.从能带结构和态密度可以看出,当Fe原子位于晶格中空隙位时,系统显示出金属性;当Fe占据Mg位置时,对于自旋向上电子态,体系有一带隙存在,系统呈现明显的半导体特性;对于自旋向下电子态,Fe的替位掺杂在该体系内引入新的杂质能级,杂质能级与导带价带分离,且100%自旋极化.两种位置的杂质,上自旋电子和下自旋电子的态密度均明显不对称,诱导出铁磁性,且铁磁性主要由于Fe的3d态电子诱导产生.Fe位于空隙位时,Fe原子的磁矩为1.69μB;Fe占据Mg位时,Fe原子的磁矩为1.38μB,说明原子磁矩与其所占位置和配位情况有关.     

基于Bohr-Sommerfeld量子理论的X射线光谱分析

基于Bohr-Sommerfeld量子理论,研究了特征X射线的产生机理,导出了一个按原子序数来计算特征X射线波长的公式.同时对计算推导的波长值做了系统的误差分析,得到了相对误差的规律.结果表明,计算推导的波长值与实验得到的波长值非常接近,并且在实际应用中该公式也更为简便. 关键词： Bohr-Sommerfeld量子理论 特征X射线 波长 误差分析     

La、Yb掺杂AlN的光电特性和磁性的第一性原理研究

为了探索AlN在光电器件的潜在应用,基于密度泛函理论,采用第一性原理计算了本征AlN和稀土元素La、Yb掺杂AlN体系的光电特性和磁性。计算结果表明：本征AlN的带隙为6.060 eV。掺入La和Yb后都在导带底产生了杂质能级,使得电子从价带到导带所需的激发能量更低,有利于光学跃迁,从而改善AlN的光学性能。Yb掺杂后自旋向上和自旋向下的价带发生了劈裂,说明Yb掺杂后产生了磁性。La、Yb替位掺杂AlN后,光吸收带边向左往低能方向移动,发生了红移现象。掺杂La和Yb后AlN体系的静态介电常数由4.63分别增大为5.14、280.44,说明掺杂之后增强了体系耐高压特性;静态折射率则由2.12分别增大为2.26、17.06,改善了AlN的光学性质。     

Sb、Ce掺杂Mg2Ge的第一性原理研究

此文用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法系统的计算了Sb、Ce掺杂Mg₂Ge的能带结构、态密度以及光学性质,获得了Mg₂Ge掺杂Sb后,费米面进入导带,呈现n型导电;Mg₂Ge掺杂Ce后,上自旋电子在费米能级附近处的价带和导带有一部分重叠,呈现半金属特性,进入导带电子数目增多,导电性增强. Sb、Ce掺杂Mg₂Ge后,其主要吸收峰都小于未掺杂Mg₂Ge,在可见光区域的透过率增大;Sb掺入后,在能量低于2.6 eV反射谱出现红移,Ce掺入后Mg₂Ge的吸收范围明显宽于本征Mg₂Ge;掺杂改善了Mg₂Ge对红外光子的吸收等有益结果.     

Mg2Si/Si雪崩光电二极管的设计与模拟

Mg₂Si作为一种天然丰富的环保材料,在近红外波段吸收系数高,应用于光电二极管中对替代市面上普遍使用的含有毒元素的红外探测器具有重要意义.采用Silvaco软件中Atlas模块构建出以Mg₂Si为吸收层的吸收层、电荷层和倍增层分离结构Mg₂Si/Si雪崩光电二极管,研究了电荷层和倍增层的厚度以及掺杂浓度对雪崩光电二极管的内部电场分布、穿通电压、击穿电压、C-V特性和瞬态响应的影响,分析了偏置电压对IV特性和光谱响应的影响,得到了雪崩光电二极管初步优化后的穿通电压、击穿电压、暗电流密度、增益系数(Mn)和雪崩效应后对器件电流的放大倍数(M).当入射光波长为1.31μm,光功率为0.01 W/cm²时,光电二极管的穿通电压为17.5 V,击穿电压为50 V,在外加偏压为47.5 V (0.95倍击穿电压)下,器件的光谱响应在波长为1.1μm处取得峰值25 A/W,暗电流密度约为3.6×10^–5A/cm², Mn为19.6,且Mn在器件击穿时有最大值为102, ...     

碳纳米管封装Si20团簇的热稳定性研究

用分子动力学方法模拟一种特殊结构Si20 (表面异构的硅十二面体结构)填充到不同管径的扶手椅型碳纳米管中组成复合结构的热稳定性。通过能量分析和定量统计缺陷多边形数量等方法来研究这种结构在碳纳米管中的稳定性和结构演变情况。研究发现Si20的热稳定性和碳纳米管的直径关系密切;其在CNT(15, 15)中的热稳定性最好,当管径逐渐增加时,其热稳定性呈下降趋势;直至管径增加到CNT(21, 21),碳纳米管对Si20的空间限制作用变得很小,以至于不足以维持Si20的稳定。此外,Si原子因热振动替换碳纳米管中C原子而形成十二边形缺陷,这对碳纳米管的热稳定性有着明显的降低作用。     

基于灰色马尔科夫模型的团簇数量演变预测方法

本文以分子动力学方法模拟液态Si的凝固过程为基础,首次建立基于马尔科夫修正的灰色预测模型对不同团簇的演变过程进行分析,利用该模型对液态Si降温过程中团簇数量的变化进行预测。结果证实应用灰色马尔科夫模型在对团簇结构的演变预测是可行的,采用马尔科夫链预测方法能提高预测结果的准确性,该方法能有效描述凝固过程中团簇的形成和演变的整体变化规律,为研究材料微观结构演变提供了一种新的思路和方法。