Na,N双受主共掺杂p型ZnO第一原理研究

采用基于密度泛函理论的第一原理平面波超软赝势法,对六方纤锌矿结构ZnO晶体,Na、N分别掺杂ZnO晶体,Na、N共掺杂ZnO晶体的几何结构进行了优化,其中Na、N共掺杂又分为Na、N相连和分开两种情况,以此为基础计算得到了这几种情况下ZnO晶体的能带结构,总态密度和分波态密度。结果表明,Na、N共掺得到的p型ZnO比单掺要好;两种共掺情况中Na、N分开会比Na、N相连p掺杂效果更好。     

In-Ga共掺杂ZnO的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究本征ZnO、In和Ga分别单掺杂及In-Ga共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。结果表明:In掺杂的ZnO晶胞体积减小,Ga掺杂的ZnO晶胞体积增大,In-Ga共掺杂的ZnO晶胞体积增大是由掺入的Ga决定的;在ZnO禁带中引入杂质能级,禁带宽度变小,导电能力提高;In-Ga共掺杂后,ZnO吸收带边红移,在波长为302.3~766.8 nm的可见光范围内吸收减弱。     

Zr掺杂CeO_2电子结构的密度泛函计算

根据密度泛函理论,采用"总体能量平面波"超软赝势方法,对不同的Zr掺杂浓度的CeO2晶体几何结构进行了优化,从理论上给出了Zr掺杂CeO2晶体结构参数及性质;计算了Zr掺杂情况下CeO2晶体的总体能量、能带结构、总波态密度和分波态密度。研究表明,Zr3+取代Ce4+及Ce3+后晶体的稳定性增强,同时掺杂Zr使得晶格中自由载流子电子和O2p的波态密度的增加,使得晶格中Ce3+和Ce4+之间的变价可能性增大。     

热氧化ZnS∶Ga制备ZnO∶Ga薄膜及其光致发光性能

利用化学浴沉积法制备了不同Ga掺杂量的ZnS(ZnS∶Ga)薄膜,并采用热氧化法生长了Ga掺杂ZnO(ZnO∶Ga)薄膜,研究了ZnO∶Ga薄膜的表面形貌、成分及光致发光性能。结果表明:Ga的掺入改变了ZnO薄膜的微观结构、化学计量比、氧空位的相对含量,进而影响了薄膜的光致发光性能。随着Ga掺杂量增加,ZnO薄膜的致密度提高,颗粒尺寸减小;同时改善了ZnO的化学计量比,氧空位相对含量随之减少;ZnO薄膜的紫外光与可见光强度比增大。     

物理热蒸发法制备Ga掺杂ZnO纳米材料的研究

采用物理热蒸发锌(Zn)粉与三氧化二镓(Ga2O3)粉的方法,制备出不同形貌的Ga掺杂纳米ZnO。利用XRD、SEM、TEM对产物的结构和形貌进行了分析。结果表明,所生成的产物是具有六方结构的单晶ZnO,其中4%Ga掺杂的ZnO纳米结构呈标枪状,与呈线状、未掺杂的ZnO形貌差异较大。在PL检测中发现Ga掺杂使光致发光绿光峰强度增加,并且4%Ga掺杂时其绿光峰强度最大。在随后的XPS检测中发现Ga掺杂使得ZnO中氧空位缺陷增多,这是PL中绿光峰出现和强度变化的原因。     

理论研究ZnO掺杂Al;Ga;In电子结构与光学属性(英文)

计算了Ga、Al、In掺杂对ZnO体系电子结构和光学性质的影响.所有计算都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一原理平面波超软赝势方法.计算结果表明:Ga、AI、In掺杂在ZnO中占据了Zn位置,为n型浅施主掺杂,导带底引入了大量由掺杂原子贡献的导电载流子,明显提高了体系的电导率.同时,光学带隙展宽,且向低能方向漂移,可作为优良的透明导电薄膜材料.同时,计算结果为我们制备基于ZnO透明导电材料的设计与大规模应用提供了理论依据,也为监测和控制ZnO透明导电材料的生长过程提供了可能性.     

基于第一性原理计算的ΙA族元素掺杂p型ZnO光电学特性研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了Li、Na、K掺杂ZnO纤锌矿结构的晶格结构、电子结构(能带结构、态密度)和光学特性，计算结果表明，在掺杂Na或K的情况下，晶胞体积的计算值均略有增加，而掺杂Li的晶胞体积小于本征ZnO,原因可能是系统能量的减小导致晶胞体积的降低。Li、Na掺杂的ZnO形成了p型导电半导体而K掺杂并未改变ZnO的导电类型，同时，综合电荷分布结果可以看出，Li掺ZnO具有相对较好的p型导电性能。此外，Li、Na、K掺杂ZnO后，吸收率在可见光区出现了明显的增大，其中Li掺ZnO在380 nm附近出现了较强的吸收峰，这对ZnO在光电子器件上的应用具有一定的参考价值。     

Al掺杂纤锌矿ZnO的电子结构研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的总体能量平面波超软赝势法,电子交换关联能结合广义梯度近似(GGA)PW91形式,对Al原子不同掺杂位置的ZnO超原胞进行了几何优化,计算分析了晶体结构参数及掺杂模型的电子结构.结果表明,几何优化后掺杂晶胞z轴方向出现收缩现象,两种模型在杂质掺入后半导体ZnO导电能力提高,形成置换杂质模型的可能性要大于间隙杂质模型,掺杂Al和基体ZnO的原子数配比直接影响导电性能,最后给出了电子轨道跃迁规律.     

Sn催化的Ga掺杂ZnO纳米线的制备及其光致发光性能研究

采用化学气相沉积的方法,以Sn粉为催化剂制备出大长径比的Ga掺杂ZnO纳米线。采用扫描电子显微镜观察制备的产物,发现样品为直径约25～90nm的纳米线。通过比较不同Ga掺杂含量样品的室温光致发光谱,发现一定掺杂含量的Ga可以提高ZnO纳米线的紫外发光强度,同时,Ga的掺杂也会引起ZnO紫外发光峰的蓝移。随着Ga含量的增加,蓝移程度越来越小,甚至发生红移。Sn的引入只对Ga掺杂ZnO纳米线的蓝绿光有贡献。     

Zn1-xFexO精细结构的第一性原理研究

计算了Fe掺杂ZnO体系几何结构和电子结构,分析了掺杂对ZnO晶体的电子结构、磁矩、电子态密度、磁学性质的影响.所有计算都是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一原理平面波赝势方法.计算结果表明:Fe3 并不能占据准确的Zn2 位置,而是沿c轴方向位移了一段距离Δz,这是引起Zn1-xFexO铁磁性的主要原因,理论计算结果与试验结果吻合.     

Au-N共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,结合广义梯度近似(GGA)研究了Au、N共掺杂纤锌矿ZnO的能带结构、电子态密度,以及复介电函数、光学吸收等光学性质,并与本征ZnO和N掺杂ZnO情况进行了对比.计算结果表明Au、N共掺杂ZnO仍是直接带隙半导体材料,掺杂后ZnO的带隙收缩,价带展宽.在价带顶电子密度分布较N掺杂ZnO情况的局域性减弱,更有利于获得p型ZnO.与未掺杂ZnO相比,介电函数和吸收系数在可见和紫外区域得到显著增强.     

LaNi4.5Mn0.5储氢合金及氢化物的电子结构

基于密度泛函理论,采用总能量计算方法与结合超软赝势平面波函数方法,对LaNi4.5Mn0.5储氢合金及其氢化物的晶体几何结构进行了优化,计算了其相应的总体能量、晶体结构、能带结构、及态密度分布等,从理论上给出了其结构参数及性质.结果表明,锰取代3g位后合金晶胞略有膨胀,并伴随着晶体稳定性变差.LaNi4.5Mn0.5合金中EF附近的态密度贡献最主要来自La的p电子,以及Ni和Mn原子的d电子.     

LaNi4M(M=Ni、Co、Fe)的晶体和电子结构

根据密度泛函理论,采用总体能量-超软赝势平面波技术,分析了LaNi5和20%Ni分别被Co和Fe代换后的晶体结构、总体能量、电子态密度以及Mulliken布居电荷.由理论计算得到的晶体结构参数与实验值符合得比较好.取代后合金的晶体结构变化趋势与取代元素的原子半径变化趋势一致.Co和Fe代换可改变合金的电子结构,降低合金的稳定性.Co-d或Fe d带的位置及其中的电子数影响合金的稳定性.Co或Fe更倾向于取代3g位,且Co取代比Fe取代稳定.合金生成热的理论计算值与实验值较为接近.     

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。     

高压对Gd掺杂ZnO的电子结构和磁性影响研究

压力可以作用于物质的晶体结构内部,影响并改变物质整体性质。为进一步探究高压对Gd掺杂ZnO试样的电子结构及磁性影响,运用金刚石对顶砧压机和Materials Studio4.4软件包中的CASTEP运算程序,完成高压实验制备工作;利用基于密度泛函理论的第一性原理计算高压作用下Gd掺杂ZnO试样内部分子的变化情况,并对Gd掺杂ZnO试样进行了XRD衍射分析。结果表明,第一性原理计算中利用赝势运算获得的本征能量与价电子波函数和实际值是相等的;Gd掺杂进ZnO试样后,随压强持续增大,ZnO衍射峰会向高衍射角转移,且试样每个峰值均呈现下降趋势,试样的电子结构会产生晶粒碎化反应,使得波谱的衍射峰向高衍射角转移;不同高压对Gd掺杂ZnO试样的铁磁性产生影响,适当高压处理可增强材料的铁磁性,但压力超出一定值后,材料磁性能出现下降。     

Electronic structure, charge density, and chemical bonding properties of C11H8N2O o-methoxydicyanovinylbenzene (DIVA) single crystal

A comprehensive theoretical density functional theory (DFT) study of the electronic crystal structure, bonding properties, electron charge density of C₁₁H₈N₂O o-methoxydicyanovinylbenzene (DIVA) single crystals were performed. The exchange and correlation potential was described within a framework of the local density approximation (LDA) by Ceperley-Alder and gradient approximation (GGA) based on exchange–correlation energy optimization to calculate the total energy. In addition, we have used Engel–Vosko generalized gradient approximation (EV-GGA) and the modified Becke–Johnson potential (mBJ) for the electronic crystal structure, bonding properties, electron charge density calculations. There is systematically increasing in the energy gap from 2.25 eV (LDA), 2.34 eV (GGA), 2.50 eV (EV-GGA), 2.96 eV (mBJ). Our calculations show that this crystal possess direct energy gap. Furthermore, the electronic charge density space distribution contours in the (1 1 0) crystallographic plane clarifies the nature of chemical bonding.     

Electronic structure and magnetic studies of V-doped ZnO: <Emphasis Type="BoldItalic">ab initio</Emphasis> and experimental investigations

In this study, the electronic structure of V-doped ZnO system is studied by means of density functional theory. Different concentrations of V and rising of Fermi level increase the relative occupation of majority/minority spin of 3d state and also induce strong spin-splitting. The existence of three different states of V spin moment has been confirmed and is found to be concentration dependent. We found that O p-orbitals are responsible for the origin of the magnetic moment. Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida mechanism and the atomic spin polarization of V are the key factors for the appearance of ferromagnetism in V-doped ZnO system. The synthesized nanoparticles exhibit hexagonal wurtzite crystal structure, where both crystallite size and lattice parameters vary with V content. Magnetic measurements at room temperature confirm the ferromagnetic behaviour of V-doped ZnO system.     

DFT studies of low concentration substitutional doping of transition-metals on single-walled carbon nanotube surface

Using first principles-density functional theory, a theoretical study of the electronic properties of (5, 5) armchair single-walled carbon nanotube doped with transitions metals (Fe, Co and Ni) is presented. The generalized gradient approximation was used for the exchange-correlation potentials. The energy cut-off of 500 eV was adopted in the study. The main features of electronic band structure and density of states are shown. A systematic comparison of the density of states as well as band structures of pure and doped SWCNT is made. The contribution of the different bands was analyzed from the total and partial density of states curves. These metals are used as catalysts during synthesis of single-walled carbon nanotubes and hence, the choice we have made. Where data is available, the results are compared with previous calculations and with experimental measurements.     

Influence of carbon and phosphorus doping on electronic properties of ZnO

ZnO is one of the most promising candidate for photoelectrochemical splitting of water for hydrogen production. To increase the efficiency of ZnO based photoelectrochemical cell, its band-gap and band edges should be tailored to match visible light spectra and water redox potential respectively. In this paper, First-principles density functional theory calculations have been performed to evaluate the effect of non-metal dopants on electronic properties of ZnO. The model structures of X-doped ZnO were constructed using 32-atom 2 × 2 × 2 supercell of wurtzite ZnO with one O atom replaced with X (carbon C, phosphorus P). With respect to the electronic band structure, C (2p), P (3p) states are located above the valence band maximum of ZnO and mixing of these states is feeble to produce significant band gap narrowing. Doping of these non-metals dopants helps in the creation of isolated states which enhances visible light absorption of ZnO. Our theoretical calculations are consistent with the experimental results of C (P) doped ZnO and fully explains its visible light activity on non-metal doping.