用第一性原理研究Sn掺杂 Ga1.375In0.625O3的电子结构和导电性

用第一性原理计算了Sn 替位Ga1.375In0.625O3化合物的Ga 原子(Ga1.25In0.625Sn0.125O3)和Sn 替位Ga1.375In0.625O3化合物的In原子(Ga1.375In0.5Sn0.125O3)的结构、电子能带和态密度。Ga1.25In0.625Sn0.125O3半导体材料比Ga1.375In0.5Sn0.125O3材料具有大的晶格参数和强的Sn–O离子键。在Sn掺杂 Ga1.375In0.625O3化合物中,Sn 原子优先取代In 原子。Sn掺杂 Ga1.375In0.625O3化合物显示n型导电性, 杂质能带主要由Sn 5s 态组成。Ga1.375In0.5Sn0.125O3化合物的光学带隙大于Ga1.25In0.625Sn0.125O3化合物的光学带隙。 Ga1.25In0.625Sn0.125O3 具有小的电子有效质量和大的电子迁移率,Ga1.375In0.5Sn0.125O3 具有多的相对电子数和好的导电性。     

氮掺杂浓度对氮掺杂PbTiO3电子结构和光学性能的影响

用第一性原理计算研究了不同N掺杂浓度的P型N掺杂PbTiO3的电荷密度差分、能带结构、态密度和光学性质。用N原子取代PbTiO3中的O原子后,PbTiO3的价带向高能级发生移动,费米能级进入价带顶部。随着N掺杂浓度的增加,能带带隙值变窄,结构稳定性变差。掺杂浓度2.5 at%时,N掺杂PbTiO3显示最好的P型导电性和最强的可见光吸收。N掺杂PbTiO3在半导体光电器件和光催化领域具有重要的应用价值。     

Pd掺杂ZnO(0001)表面的气敏机理

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究了O原子与Pd掺杂前后ZnO(0001)表面的相互作用机理。通过对模型表面六个高对称位吸附能的计算,发现O原子最有可能吸附于Pd掺杂表面的间隙位。从表面的态密度(density of states,DOS)及分波态密度(partial density of states,PDOS)分析结果可以看出,掺杂体系中费米能级附近出现的杂化峰是由O原子的p轨道电子和Pd原子的d轨道电子杂化引起的。掺杂表面的差分电荷密度反映出O原子与Pd原子之间存在大量电荷转移,说明掺入催化剂Pd有助于提高ZnO材料的气敏性能。最后,通过对挥发性有机化合物(VOC)气体的气敏测试验证了理论计算的结论。     

3种配合物的非线性光学性能与分子结构的关系

为了探索配合物的分子结构对3阶非线性光学性质的影响,采用z扫描方法对3种具有不同中心金属原子(Ni,Cu和Pd)的金属有机配合物的3阶非线性光学性能进行了研究。通过比较3种化合物的非线性折射率和激发态吸收截面发现,原子序数较大的中心金属原子明显增强了分子的非线性光学系数,而共振吸收效应对化合物的非线性光学性质影响不大。结果表明,在532nm波长的皮秒脉冲激光作用下,3种化合物均表现出自聚焦和反饱和吸收特性。     

Ag3PO4(111)清洁面的原子弛豫对其体系能量及电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理GGA+U方法,研究了Ag3PO4(111)面的原子弛豫对其体系能量及电子结构的影响.发现Ag3PO4(111)面原子弛豫后,表面两个三配位的Ag原子均向里移动超过0.06 nm,而表面次层的O原子则均向外移动0.004 nm,导致弛豫后暴露在最表面的是O原子.而且弛豫使表面原子的核外电荷向表面内部发生了一定程度转移,表面键的杂化作用使共价左右增强,表面键长缩短.计算出的能带结构和态密度显示出原子弛豫窄化了价带宽度0.15 eV,增加了带隙宽度0.26 eV.同时未弛豫结构中存在于价带顶和导带底的两个表面峰在弛豫后完全消失,弛豫使Ag3PO4表面从金属特征向半导体特征转变.     

稀土掺杂BAP防护玻璃的制备及NMR分析

稀土掺杂防护玻璃的研究日益受到材料专家的关注,本文采用两步熔融法系统研究了稀土Sm2O3掺杂BaO-Al2O3-P2O5(BAP)系防护玻璃的形成区域范围,采用魔角转换核磁共振(MAS NMR)测试技术分析讨论了BAPS玻璃中原子的存在状态、玻璃组成、热历史和稀土含量对玻璃结构的影响.研究结果表明:Sm2O3掺杂BAP玻璃的形成区随Sm2O3含量的增加,逐步缩小并趋向于封闭的椭圆形,直到无法形成玻璃;在玻璃结构中P原子主要以Q2型[PO4]存在,Al原子则以[AlO4]、[AlO6]两种配位状态存在;P原子的配位状态受到玻璃组成、热历史和稀土含量的影响较小,而Al原子的配位状态随玻璃结构中P/Al比值增大,Al原子主要以[AlO4]存在;热处理及稀土含量的增加促使Al的配位数由[AlO6]八面体向[AlO4]四面体转变.     

赝立方结构的Si3P4、Ge3P4、Sn3P4电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了赝立方结构的Si3P4、Ge3P4、Sn3P4的电子结构和光学性质.结果表明:三种材料均为间接带隙半导体材料,与同类的碳化物相比,具有相对大的静态介电常数.研究结果为这类材料的应用提供了理论依据.     

掺杂β-FeSi2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,对掺入Mn,Cr,Co,Ni的β-FeSi2的几何结构、能带结构和光学性质进行了研究.计算结果表明:(1)杂质的掺入改变了晶胞体积及原子位置,掺杂足调制材料电子结构的有效方式;(2)系统总能量的计算表明Mn掺杂时倾向于置换Fel位的Fe原子,而Cr,Co,Ni倾向于取代Fell位的Fe原子;能带结构的计算表明掺Mn,Cr使得β-FeSi2的费米面向价带移动,形成了P型半导体;而掺Co,Ni则使得β-FeSi2的费米面向导带移动,形成了n型半导体;(3)杂质原子的掺入在费米面附近提供了大量的载流子,改变了电子在带间的跃迁,对β-FeSi2的光学性质造成影响.     

掺杂β-FeSi2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,对掺入Mn,Cr,Co,Ni的β-FeSi2的几何结构、能带结构和光学性质进行了研究.计算结果表明:(1)杂质的掺入改变了晶胞体积及原子位置,掺杂足调制材料电子结构的有效方式;(2)系统总能量的计算表明Mn掺杂时倾向于置换Fel位的Fe原子,而Cr,Co,Ni倾向于取代Fell位的Fe原子;能带结构的计算表明掺Mn,Cr使得β-FeSi2的费米面向价带移动,形成了P型半导体;而掺Co,Ni则使得β-FeSi2的费米面向导带移动,形成了n型半导体;(3)杂质原子的掺入在费米面附近提供了大量的载流子,改变了电子在带间的跃迁,对β-FeSi2的光学性质造成影响.     

铌酸锂晶体电子结构和光学性质计算

使用基于从头计算平面波赝势法的CASTEP量化软件计算了铌酸锂(LiNbO3)晶体的电子能带结构和线性光学系数,采用耦合微扰方法(CPHF)计算了铌酸锂晶体的非线性光学系数.折射率和倍频系数的计算结果与实验结果基本符合,计算表明铌酸锂晶体中Nb原子的4d轨道电子态和O原子的2p轨道电子态发生了明显杂化.通过分析铌酸锂晶体的价带顶和导带底电子态密度的组成特点可知这些轨道电子态的杂化是其非线性光学效应的主要来源,同时计算还表明铌酸锂晶体中Li-O键具有明显的共价键性.