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-As共掺杂GaSb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,计算未掺杂,In、As单掺及In-As共掺GaSb的晶格参数、能带结构、态密度和吸收光谱。结果表明:掺杂后GaSb晶格发生畸变,As单掺GaSb的晶格常数增大,带隙减小,导致吸收光谱蓝移;而In单掺和In-As共掺GaSb晶格常数变大,且禁带宽度均减小,致使吸收光谱红移,这也是实验上造成掺杂GaSb热光伏电池吸收光谱扩展的原因。     

高掺杂N对金红石型TiO2电子结构和红移影响的理论研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,在相同环境条件下分别建立了未掺杂和取代O高掺杂N原子的金红石型TiO2超胞模型,优化了晶胞的几何结构,计算了能带分布、态密度分布和吸收光谱.结果表明,金红石型TiO2-xNx超胞取x=0.0625的条件下,N的2p态与O的2p态发生杂化耦合,使其价带上移、最小带隙变...     

Sm掺杂对锐钛矿TiO2电子寿命和红移影响的第一原理研究

基于密度泛函理论平面波超软赝势方法,采用第一性原理对不同浓度Sm掺杂锐钛矿相TiO2超胞的结构优化、形成能、能带结构、态密度、差分电荷分布和光学性质进行了计算。结果表明Sm掺杂后锐钛矿相TiO2超胞的电子结构变化很大。在限定的浓度范围内,掺杂浓度越小,形成能越小,掺杂越容易,电子寿命越长,带隙宽度越窄,吸收光谱红移越显著。计算结果与实验结果一致。     

Mn掺杂浓度对Mn-N共掺ZnO电子结构及磁性的影响

采用第一性原理的超软赝势法,分别计算单掺杂Mn、Mn-N按1∶1和2∶1共掺杂ZnO掺杂体系的形成能、能带结构、态密度以及铁磁性。计算结果表明,单掺Mn并不能得到稳定的ZnO,Mn-N共掺会形成p型ZnO。相对Mn-N以1∶1共掺(Mn掺杂浓度6.25%),Mn-N以2∶1共掺(Mn掺杂浓度12.5%)具有更低的形成能,更高的化学稳定性。进一步对ZnO掺杂体系的磁性研究表明,单掺Mn及Mn-N共掺均使ZnO体系呈现铁磁性,其磁性主要来源于Mn3d态电子;在Mn-N以2∶1共掺ZnO体系中,由于Mn掺杂浓度提高,导致总磁矩增加,铁磁性增强明显。     

Mn双掺间距对ZnO磁光性能的影响

采用自旋密度泛函理论(DFT)下的广义梯度近似(GGA)平面波超软赝势法构建了含氧空位以及不含氧空位的Mn双掺ZnO超胞模型,分析了电子自旋极化处理下两个磁性Mn离子之间的距离变化(分为沿c轴和沿垂直c轴方向变化)对ZnO的结构稳定性、磁性以及吸收光谱的影响。随着磁性离子距离逐渐增大,无氧空位掺杂体系ZnO超胞的形成能沿着c轴和垂直c轴都逐渐减小,而含氧空位掺杂体系ZnO超胞的形成能沿垂直c轴方向逐渐减小,沿c轴方向逐渐增大;含氧空位和不含氧空位ZnO体系的反铁磁性随着Mn-Mn间距增大而减弱,沿着c轴方向减弱更加明显,而且氧空位促进体系的反铁磁性减弱;不含氧空位组态沿c轴方向吸收光谱发生了红移现象,而沿垂直c轴方向吸收光谱发生了蓝移现象;但是含氧空位组态沿c轴和沿垂直c轴方向吸收光谱都发生了红移。     

Mn与N共掺ZnO铁磁稳定性及其电子结构的第一性原理研究

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过渡金属Mn掺杂ZnO与(Mn,N)共掺ZnO的电子结构和磁性。对Mn掺杂ZnO不同构型的相对能量进行计算,结果表明Mn掺杂ZnO的最稳定构型具有反铁磁相互作用。另外,对(Mn,N)共掺ZnO不同构型的相对能量进行计算,结果表明引入N后,Mn与N铁磁性相互作用时,(Mn,N)共掺ZnO体系处于最低能量状态。这主要是由于Mn 3d电子与N 2p局域束缚的电子形成的磁性束缚激子诱导了Mn、N共掺ZnO薄膜室温铁磁信号的产生,并且最稳定的铁磁构型为-Mn-N-Mn-复合体,具有明确的团簇趋势。     

Li、N共掺杂实现P型ZnO的机理探讨

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法计算了本征ZnO、N掺杂、Li掺杂以及Li、N共掺杂ZnO的能带结构、电子态密度和差分电荷分布。计算结果表明:N掺杂的受主能级局域性较强,导致N溶解度较低,Li替位原子受主能级较浅,但是会受到Li间隙原子的补偿。Li、N共同掺入时,NO-LiZn复合受主结构并不是ZnO的主要P型来源,NO受主可以与间隙原子Lii形成NO-Lii结构,该结构可促进N的掺入,并抑制Lii施主的补偿效应,因而对实现ZnO的P型非常有利。     

N掺杂浓度对TiO_2光催化活性第一性原理研究

采用第一性原理超软赝势平面波方法研究了不同浓度N掺杂对锐钛矿相TiO2的晶体结构、电荷布局、能带结构、态密度及光学特性的影响。计算结果表明,N掺杂会引起TiO2晶格畸变,晶体体积、原子间键长及电荷分布随掺杂量发生变化。N掺杂使轨道分裂,在价带顶引入杂质能级,使TiO2的禁带宽度变窄,掺量越大带隙越小。掺杂使TiO2由间接半导体转变为直接半导体,光吸收带边同时出现红移和蓝移。在计算范围内,随着掺杂浓度的增大,可见光吸收强度逐渐增强。     

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.