β-Ga2O3及Cr掺杂β—Ga2O3电子结构的第一性原理计算

运用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算了不同交换关联势下单斜晶系β-Ga2O3的总能量、晶格常数、总态密度、分波态密度及能带结构。理论计算结果表明：单斜晶系β-Ga2O3在局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）下的晶格常数和带隙与实验值基本相符，其中LDA近似得到的晶格常数与实验值更接近；β-Ga2O3比六方晶系结构的α-Ga2O3更加稳定，但带隙比α—Ga2O3略小；Cr掺杂导致β-Ga2O3禁带宽度变小，费米能级处的态密度不为零，即变为半金属。     

用第一性原理研究Ti掺杂β-Ga_2O_3的电子结构和光学性能(英文)

用GGA+U的方法研究了本征β-Ga2O3和Ti掺杂β-Ga2O3的电子结构和光学性能。晶格常数的计算值与实验值差别小于1%,本征β-Ga2O3的带隙计算值4.915eV,与实验值4.9eV一致。Ti替位Ga(1)位置和Ti替位Ga(2)位置的β-Ga2O3的价带最大值和导带最小值间隙分别为4.992eV和4.955eV,Ti掺杂引入的杂质带起到中间带作用,可以使电子从杂质带跃迁到导带和价带跃迁到杂质带。Ti掺杂β-Ga2O3中间带的存在使其成为潜在的宽光谱吸收太阳能电池材料。     

β-CaSiO3晶体的电子结构及光学性质

基于第一性原理的平面波赝势方法(PWP)的局域密度近似(LDA)/广义梯度近似(GGA)计算了β-Ca-SiO3的几何结构、能带结构、态密度和光学性质。其晶胞参数优化结果与实验相比,LDA/GGA的相对误差为-3.62%/1.91%。对优化后的β-CaSiO3晶体进行能带结构分析表明,β-CaSiO3晶体为间接带隙结构,禁带宽度Eg(LDA)=5.53eV,Eg(GGA)=5.18eV。对态密度图及Mulliken电荷分布的分析表明,Ca的d轨道有电子分布,即Ca的s、p、d轨道均参与了成键。β-CaSiO3晶体中Ca与SiO3基团之间形成的化学键主要是离子键,而Si与O之间的化学键是共价键。     

Ti掺杂β-Ga2O3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,研究了Ti掺杂β-Ga2O3系统的电子结构和光学性质。计算结果表明,Ti替代八面体的Ga(2)时系统形成能最低,容易在实验上合成;Ti掺杂在导带底附近引入了浅施主能级,极大地提高了β-Ga2O3系统的导电性。Ti掺杂时稳定体系倾向于自旋极化态,且费米面处自旋极化率接近100%。光学性质的计算结果显示,Ti掺杂β-Ga2O3是极具潜力的n型紫外透明的半导体。     

β-Ga_2O_3掺Al的电子结构与能带特性研究

采用第一性原理的平面波超软赝势方法,对β-Ga2O3掺Al的AlxGa2-xO3(x=0,0.5,1,1.5,2)合金进行结构优化、电子态密度和能带特性的研究。结果显示,AlxGa2-xO3为间接宽能隙材料,能隙是由导带底Ga 4s态和价带顶O 2p态共同决定,其弯曲系数分别为0.452eV(直接)和0.373eV(间接)。当增大Al的掺杂量,AlxGa2-xO3的体积变小,总能量升高,能隙逐渐增大,这与实验结果相一致。     

Mg单原子替位掺杂β-Ga2O3的电子结构和光学性质计算研究

宽禁带半导体β-Ga2O3因其出色的物理化学性能而备受关注,通过掺杂改善β-Ga2O3性能一直是研究的热点.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,利用广义梯度近似加U对Mg单原子掺杂β-Ga2O3体系的晶体结构、电子结构和光学性质等进行了研究和分析.总能量和结合能的对比显示:单原子替位掺杂β-Ga2O3时,Mg优先替代八面体位的Ga原子形成Mg-Gao体系.电子结构显示,Mg-Gao体系变为间接半导体,带隙变窄为4.672eV;其自旋极化率为100％,呈现半金属特性.作为光学材料,Mg-Gao体系可在紫外、深紫外区域工作,并且折射率、反射率和吸收率有所降低,透射率明显提高.     

β-Ga2O3单晶浮区法生长及其光学性质

用浮区法生长得到了宽禁带半导体材料β-Ga2O3单晶,对其吸收光谱、荧光光谱进行了分析.解释了禁带部分展宽的原因.并研究了Sn4 和Ti4 的掺杂对其紫外吸收边影响.β-Ga2O3单晶的荧光谱不仅观察到了3个特征峰:紫外光(395nm)、蓝光(471nm)、绿光(559nm),还观察到了在277和297nm的紫外光和692nm的红光荧光发射.     

Ru2P晶体电子特性的第一性原理研究

采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)两种方法,并结合密度泛函理论对Ru2P晶体进行了结构优化,结果表明常压下LDA方法得到的晶格参数和晶胞体积比GGA方法更接近实验值.为研究其电子特性,计算了Ru2P晶体的能带结构,给出Ru2P晶体在-20～20 eV能量范围内总的态密度以及Ru原子的s、p、d电子轨道的投影态密度；通过状态方程拟合压强-体积(P-V)关系得到Ru2P晶体的体积模量B0及其对压强的一阶导数B0′.最后,对0～40GPa压强范围内Mulliken布居分析变化情况作了讨论.     

Ru_2P晶体电子特性的第一性原理研究

采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)两种方法,并结合密度泛函理论对Ru2P晶体进行了结构优化,结果表明常压下LDA方法得到的晶格参数和晶胞体积比GGA方法更接近实验值。为研究其电子特性,计算了Ru2P晶体的能带结构,给出Ru2P晶体在-20~20 eV能量范围内总的态密度以及Ru原子的s、p、d电子轨道的投影态密度;通过状态方程拟合压强-体积(P-V)关系得到Ru2P晶体的体积模量B0及其对压强的一阶导数B0′。最后,对0～40 GPa压强范围内Mulliken布居分析变化情况作了讨论。     

掺杂稀土Tb的β-Ga2O3纳米纤维的结构及其光致发光研究

采用电纺丝法制备了铽(Tb)掺杂的氧化镓(Ga2O3)纳米纤维,并用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和光致发光谱(PL)对其进行了一系列的表征.结果表明,900℃退火的纳米纤维尺寸约为100nm,晶体结构是β相的Ga2O3,Tb离子5D4-7F5跃迁对应的550nm绿光发射最强.在稀土掺杂的纳米纤维的光致发光谱中没有发现β-Ga2O3缺陷能级的发光,用能量传递理论解释了这一现象.     

Cu掺杂β-Ga2O3电子结构和磁学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,结合广义梯度近似研究了Cu掺杂β-Ga2O3系统的磁学特性。计算结果表明,单Cu的掺杂,稳定体系倾向于自旋极化态,且Cu替代八面体的Ga(B)时系统更稳定,容易在实验上形成;Cu掺杂β-Ga2O3呈现出半金属特性,Cu的掺杂引入了2.0μB磁矩,其中局域在Cu原子上的磁矩为0.45μB,其余主要来自于Cu杂质周围的氧原子。由于电荷补偿效应,在Cu掺杂β-Ga2O3系统中引入氧空位时,体系磁矩减小到零。在2个Cu取代Ga的10种构型中,A1-B3构型的能量最低,且显示出铁磁性,磁矩为3.8μB。考虑氧空位后,A1-B3构型的反铁磁性和铁磁性能量差增大,磁矩减小到1.0μB。     

LMBE法异质外延β-Ga_2O_3薄膜及其紫外和发光特性的研究

采用激光分子束外延法在蓝宝石衬底上异质外延β-Ga2O3薄膜。研究了氧分压对薄膜表面结构和结晶程度的影响,结果表明β-Ga2O3薄膜的均方根粗糙度和X射线衍射谱峰的半高宽随着氧分压的减小呈现先减小后增大的趋势。并对氧分压为10-2 Pa条件下的薄膜进行了光致发光谱、紫外透射谱、禁带宽度变化和拉曼谱的研究,结果显示β-Ga2O3薄膜的带隙随氧分压的减小而不断增大,β-Ga2O3薄膜具有蓝光发光和深紫外高透射特性,是用于光电器件特别是紫外特性氧敏传感器的最佳材料之一。     

α-Al2O3基片(0001)表面及其对ZnO吸附位置研究

建立了一种2×2α-Al2O3 (0001)基片表面吸附ZnO模型,在周期边界条件下的k空间中,采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法,对α-Al2O3 (0001)基片表面结构及其ZnO分子在表面最初吸附生长位置进行了计算研究.由于较大的表面弛豫,使得氧原子全部暴露于基片最外表面,明显地表现出O原子电子表面态;驰豫后的表面能对ZnO分子产生较强的化学吸附,表面电子结构将发生明显的变化,其表面最优吸附生长点的方位正好偏离α-Al2O3 (0001)表面氧六角对称30°;并计算了这些吸附生长点处Zn与表面O的结合能.     

Heusler合金Co2MnAl1-xGex的电子结构、磁性和半金属性

基于密度泛函理论(DFT),使用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)研究了Heusler合金Co2MnAl1-xGex(x=0、0.25、0.5、0.75、1)的磁性和电子结构。随着掺杂浓度x的增加,合金的晶格常数和磁矩都线性增加,分别很好地满足Vegard和S-P规律。对于整个合金系列,随x的增加,自旋向下带带隙宽度略有减少,费米面向高能移动。由于Co2MnAl0.5Ge0.5合金的费米面恰好居于其自旋向下带带隙中部,此时合金具有最好的半金属稳定性,预期在磁隧道结器件中能实现高的自旋极化率。     

氧空位对Ga_(1.5)In_(0.5)O_3透明导电氧化物性能的影响

Ga1.5In0.5O3是一种潜在的紫外透明导电材料。用第一性原理计算了含氧空位的Ga1.5In0.5O3的结构参数、生成焓、能带结构、态密度、光吸收和光反射。氧空位的位置影响Ga1.5In0.5O3化合物的晶格常数和生成焓,含氧空位的Ga1.5In0.5O3是间接带隙半导体,其带隙宽度较本征Ga1.5In0.5O3带隙值变宽。氧空位VO(1)、VO(2)和VO(3)在Ga1.5In0.5O3中分别引入0.237eV、0.239eV和1.384eV的施主杂质能级,在吸收光谱中出现杂质吸收现象。氧空位降低Ga1.5In0.5O3吸收主峰和反射主峰的强度,在近红外区含VO(1)和VO(2)的Ga1.5In0.5O3的吸收系数和反射率较大,含VO(3)的Ga1.5In0.5O3的吸收系数和反射率较小。     

纤锌矿结构ZnO的准粒子能带结构(英文)

理论上对ZnO能带的计算一般采用局域密度近似(LDA),而该方法得到的带隙结果却被严重的低估了.在本文中,我们在密度泛函理论的LDA近似的框架下,通过第一性原理GW近似(GWA)对ZnO的能带进行了修正.在LDA和GWA计算中,将Zn3d电子作为价电子,LDA结果表明ZnO是一种直接带隙半导体,同时讨论了LDA和GWA计算得到的能带之间的差异.     

OsSi2电子结构及介电性能的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了硅基异质外延的OsSi_2的电子结构和介电性能。结果表明,在1.010nm≤a≤1.030nm范围内,OsSi_2始终为间接带隙的能带结构,且带隙值随晶格常数a的增大而逐渐减小;当晶格常数a为1.020nm时,体系处于稳定平衡态,此时OsSi_2具有0.625eV的间接带隙能量值;OsSi_2的价带主要由Os的5d、5p和Si的3s、3p态电子构成,导带主要由Si的3s、3p和Os的5d、6s态电子构成;OsSi_2在外延稳定平衡态及其附近的介电函数实部和虚部变化趋近一致,与块体OsSi_2相比,OsSi_2在外延稳定平衡态下的介电函数曲线相对往低能区飘移,OsSi_2的介电峰减少且介电峰强度明显增强。     

以第一性原理研究立方相CeO2的弹性、电子结构和光学性质

运用基于密度泛函理论(DFT)框架下的超软赝势平面波(USPP)方法,计算了立方相CeO2的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质,并采用HSE06杂化泛函矫正了带隙.所得晶格参数及体模量与先前文献报道数据基本吻合.计算出了二阶弹性常数及德拜温度值,并给出了能带结构、态密度、差分电荷密度的分布情况.最后,为了阐明CeO2的光学跃迁机制,计算并分析了其复介电常数、折射率、吸附光谱、反射光谱等光学性质.     

第一性原理研究α-Al2O3的电子结构、力学性质和德拜温度

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势的第一性原理方法,利用CASTEP软件计算了α-Al_2O_3的电子结构、力学性质和德拜温度。计算结果显示优化后的晶格常数与实验数据基本一致。能带结构图表明α-Al_2O_3具有典型的离子化合物特征,禁带宽度为5.964eV。计算的态密度表明α-Al_2O_3的下价带在-19.426~-15.370eV之间,态密度主要由O的2s轨道电子贡献;上价带在-7.178~0.711eV之间,态密度主要由O的2p轨道电子贡献;导带在5.698~14.977eV之间,态密度主要由Al的3s和3p轨道电子贡献。差分电荷密度分布表明α-Al_2O_3中存在离子键和共价键。力学性质的计算结果表明α-Al_2O_3的体积模量为224.885GPa,剪切模量为144.687GPa,弹性模量为357.411GPa,泊松比为0.235,各向异性指数为0.220;α-Al_2O_3剪切模量与体积模量的比值为0.643,表明α-Al_2O_3具有脆性。α-Al_2O_3的德拜温度为974.834K。     

以第一性原理研究立方相CeO_2的弹性、电子结构和光学性质（英文）

运用基于密度泛函理论(DFT)框架下的超软赝势平面波(USPP)方法,计算了立方相CeO2的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质,并采用HSE06杂化泛函矫正了带隙。所得晶格参数及体模量与先前文献报道数据基本吻合。计算出了二阶弹性常数及德拜温度值,并给出了能带结构、态密度、差分电荷密度的分布情况。最后,为了阐明CeO2的光学跃迁机制,计算并分析了其复介电常数、折射率、吸附光谱、反射光谱等光学性质。