Nb掺杂浓度对单层MoS_2电子能带结构的影响

运用密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征和不同浓度Nb掺杂单层MoS_2的晶体几何结构、能带结构、态密度、电荷局域密度函数以及形成能。计算结果发现,本征单层MoS_2为直接带隙,禁带宽度为1.67 e V。随着Nb掺杂浓度的增加,单层MoS_2价带顶会越过费米能级向高能区方向移动,导带底则向低能区方向移动,致使其禁带宽度大幅度减小。当掺杂浓度为8.33%时,其禁带宽度减小至1.30 e V。带隙值的大幅减小,电子从价带激发到导带变得更容易,应用在以晶体管为代表的逻辑器件等领域,将使其电流开关比、导电性等电学性能得到显著提升。此外,掺杂前后成键类型均是离子键与共价键的混合键,形成能较低,说明掺杂体系的热力学稳定性良好,易于实现。研究结果为单层MoS_2在半导体器件的实际应用提供了理论指导。     

掺杂对二维SiC材料光电性质的影响

利用第一性原理赝势平面波方法计算了Si-C邻 近元素(B、N、Al、P)掺杂二维SiC的几何结构、 电子结构和光学性质。结果表明:掺杂后的二维SiC晶格常数(a、b)、键长及角度均发生了明显变化;同时, 在禁带中引入了杂质能级,导带和价带均向低能方向发生了明显的移动,带隙发生变化,费 米能级附近引入了 杂质的2p及3p态电子。光学性质的计算表明:在低能端B、N、Al掺杂使二维SiC吸收电磁波 的能力明显增 强;静态介电常数增大而能量损失峰降低。以上结果说明可以根据需要利用B、N、Al、P掺 杂来调制二维SiC材料的光电性质。     

Hf掺杂锐钛矿TiO2电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对Hf掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构进行了第一性原理研究。对通过对能带和电子态密度的分析,发现在Hf掺杂后,导带底和价带顶同时降低,但是由于价带顶下降的比导带底多,从而使得锐钛矿型TiO2的禁带宽度变窄。     

单Mo和Mo/S共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算了Mo单掺杂和Mo/S共掺杂锐钛矿相TiO2的能带结构、电子分态密度、电子密度和吸收光谱。结果表明,Mo单掺杂在锐钛矿相TiO2导带底下方引入了两条主要由Mo 4d轨道组成的掺杂能级,而Mo/S共掺杂在TiO2的禁带之内共引入了四条掺杂能级,位于价带顶上方的两条主要由S 3p轨道组成,而位于导带底下方的两条掺杂能级则主要由Mo 4d和S 3p轨道杂化形成。Mo单掺杂和Mo/S共掺杂分别使TiO2的禁带宽度增大0.36 eV和0.43 eV,从而出现吸收带边的蓝移。电子密度图表明,Mo单掺杂对TiO2的晶格影响较小,但Mo/S共掺杂则使TiO2的晶格畸变程度加大。     

N掺杂和氧空位对PbTiO3电子结构和导电性的影响研究

用第一性原理计算了P型N掺杂PbTiO3的电子密度差分、能带结构和态密度,讨论了氧空位对N掺杂PbTiO3性能的影响。在PbTiO3中掺杂N杂质后,PbTiO3的价带向高能级发生移动,费米能级进入价带顶部,带隙变窄,N掺杂PbTiO3表现出典型的P型半导体性能。当N掺杂PbTiO3中含有氧空位时,导带发生下移,受主被完全补偿。计算结果与实验数据相吻合。     

As、Ga掺杂对Mn4Si7电子结构和光学特性的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了四方本征Mn4 Si7、As掺杂及Ga掺杂(同一周期不同主族进行n、p型掺杂)Mn4 Si7模型的电子结构以及光学性质.通过对其能带、态密度及光学性质的分析可以发现,As、Ga掺入后引入了杂质能带,能带曲线向低能级方向移动,导致禁带宽度减小,杂质的引入使得其介电常数、吸收率...     

Cu掺杂对ZnO氧化物电子结构与电输运性能的影响

采用平面波超软赝势密度泛函理论计算的方法研究了p型Cu掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的电子结构,在此基础上分析了其电输运性能。计算结果表明,Cu掺杂ZnO氧化物具有0.6eV的直接带隙,且为p型半导体,在导带和价带中都出现了由Cu电子能级形成的能带,体系费米能级附近的能带主要由Cup态、Cud态和Op态电子构成,且他们之间存在着强相互作用。电输运性能分析结果表明,Cu掺杂的ZnO氧化物价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小;其载流子输运主要由Cup态、Cud态、Op态电子完成,且需要载流子（空穴和电子）跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小。     

闪锌矿GaN(110)表面原子和电子结构的理论计算

在密度泛函理论的基础上,采用平面波赝势方法计算了立方GaN(110)表面的原子和电子结构。结构优化表明最表层原子都向体内弛豫,且金属Ga原子弛豫幅度比非金属N原子大,同时各层层间距呈交错分布。表面弛豫后,最表层原子发生键长收缩的弛豫特性,表面Ga原子趋于形成sp2杂化得到的平面型构形,而表面N原子趋于形成p3型锥形结构。另外,理想立方GaN(110)表面在带隙中有两个明显的表面态,经过弛豫后,分别向价带和导带方向移动,并解释了导带底附近的表面态移动的幅度比价带顶附近的表面态大的原因主要由于表面Ga、N原子弛豫幅度不同引起的。此外,弛豫后,表面电荷重新分布,Ga原子周围的部分电子转移到N原子上。     

MgAl_2O_4绝缘性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理研究了存在本征空位和间隙缺陷的MgAl_2O_4体系。缺陷形成能的结果表明,O_(i4)和V_O分别在富氧(O-rich)和缺氧(O-poor)条件下的形成能最低,两者均在体系中引入深能级,无法增强MgAl_2O_4的导电性。电子结构的结果表明,O_(i4)在价带顶和导带底均引入能级,V_O在禁带中引入深能级,分别存在这两种本征缺陷的MgAl_2O_4依然保持良好的绝缘性。     

电离辐射对Si_3N_4/SiO_2/Si中SiO_2禁带的影响

根据X光激发电子能谱(XPS)中元素各个态的位置与价带顶、导带底的位置关系,提出了对一个已有唯像模型的修正,由这个修正模型能够利用XPS数据考察异质结的禁带在经历某些过程后是否有变化。将这个方法应用于经历60Co辐照的Si3N4/SiO2/Si,结果表明:从SiO2到Si存在SiO2禁带的弯曲,而辐照将SiO2禁带变薄;同时,SiO2禁带的变化明显依赖于辐照条件。就实验现象的机制进行了探讨。     

碱金属掺杂SnO2材料的电子结构和光学性质

文章基于第一性原理研究了碱金属掺杂的SnO2的能带结构以及态密度.研究结果表明:掺杂能够使能级增多,很好地调节带隙值.Li,Na,K,Rb掺杂的SnO2材料,价带顶有能级穿过费米线,材料呈现出半导体特性.其中Rb掺杂使材料在费米面附近产生杂质能级.而Cs,Fr掺杂的SnO2材料,价带顶向低能级方向移动,费米能级不再穿过价带,费米线附近出现轨道杂化,两者相比Fr掺杂使费米面附近能级分布更加离散.掺杂后SnO2的反射率变化主要体现在可见光以及紫外区域,吸收边发生了红移,对实现SnO2光催化起很大作用.     

Insights into enhanced visible-light photocatalytic activity of CeO2 doped with nonmetal impurity from the first principles

The doped cerium dioxide (CeO₂) nanomaterials have attracted intensive attention due to its enhanced photocatalytic activity in the visible light region, but still lacking is the theoretical understanding on the mechanism of this behavior. Herein, the origin of enhanced photocatalytic performance of doped CeO₂ is systematically explored by using the first-principles calculation. The systematic study includes the effects of nonmetal C+N codoping on the electronic structure and optical proprties of CeO₂ in comparison to the effect of individual dopants. The monodoping (B, C) introduces impurity states in the middle of gap. For the N–CeO₂, the impurity levels are near the top of valence band at lower N concentration, while those are separated by more than 1.0 eV in the gap at higher N concentration. Interestingly, C+N codoping shifts up the Fermi level to the bottom of conduction band, and introduces impurity level close to the Fermi level. Moreover, the feasibility of the introduction of N into the CeO₂ crystal structure is found to be enhanced in the presence of C. The reduced band gap and strong absorption induced by impurity levels are responsible for the enhanced photocatalytic activity of doped CeO₂ in the visible region. These findings can rationalize the available experimental results and pave the way for developing CeO₂-based photocatalysts.     

Sb掺杂SrTiO3电子结构的第一性原理计算

计算了Sb掺杂SrTi1-xSbxO3(x=0,0.125,0.25,0.33)体系电子结构,分析了掺杂对SrTiO3晶体的结构、能带、态密度、分波态密度的影响.所有计算都是基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.计算结果表明:体系的导电性与掺杂浓度有关,Sb掺杂在母体化合物SrTiO3中引入了大量的传导电子,费米能级进入导带.当Sb掺杂浓度x=0.125时,体系显示金属型导电性.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.     

A new approach to regulate the photoelectric properties of two-dimensional SiC materials:first-principles calculation on B-N co-doping

This paper describes a new approach to regulate the photoelectric properties of two-dimensional SiC materials. The first-principles pseudo-potential plane wave method is used to calculate the geometric structure, electronic structure and optical properties of two-dimensional (2D) SiC co-doped by the adjacent elements of C-Si (such as B and N). The results show that:after B-N co-doping, the supercell lattices of 2D SiC are observed obviously deformation near the doped atoms. Meanwhile, the band structures of 2D SiC co-doped by B-N become rich. As the impurity level enters the forbidden band, the band gap decreases, and the distribution of density of states near the Fermi level changes accordingly. The calculation of optical properties shows that the ability to absorb electromagnetic waves of 2D SiC has been enhanced obviously in the low energy range after B-N co-doping. The reason is originated from the transition of the 2p state of B and N. At the same time, the static dielectric constant increases and the peak of reflectivity decreases. The above results indicate that the optoelectronic properties of 2D SiC can be modulated by co-doping B-N.     

稀土元素(Sm,Tm)掺杂ZnO的电学与光学性质

运用Materials Studio软件中的CASTEP子模块,借助第一性原理平面波超软赝势法,计算分析了稀土元素(Sm,Tm)掺杂ZnO前后的能带结构、态密度以及光学性质变化情况。计算结果表明,掺杂后体系的能带部分更加稠密,出现新的杂质能级,费米能级从价带顶处上移进入导带部分,出现载流子简并现象,形成简并半导体。掺杂体系显示出更强的金属性,呈现n型导电。同时定性分析了体系前后的光学吸收系数与介电函数的变化情况。     

Sb掺杂SrTiO3电子结构的第一性原理计算

计算了Sb掺杂SrTi1-xSbxO3(x=0,0.125,0.25,0.33)体系电子结构,分析了掺杂对SrTiO3晶体的结构、能带、态密度、分波态密度的影响.所有计算都是基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.计算结果表明:体系的导电性与掺杂浓度有关,Sb掺杂在母体化合物SrTiO3中引入了大量的传导电子,费米能级进入导带.当Sb掺杂浓度x=0.125时,体系显示金属型导电性.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.     

Band offsets analysis of dilute nitride single quantum well structures employing surface photo voltage measurements

The band offsets of InGaAsN single quantum well samples with different indium and nitrogen concentrations have been determined by surface photovoltage measurements. With varying indium content in the quantum well, both the conduction and the valence band states are modified. On the other hand, nitrogen content variations affect only the conduction band states and leave the valence band states basically unchanged. In particular, the value of the conduction band offset ratio increases with increasing nitrogen content and decreases with increasing indium concentration. This effect shows the possibility to design structures with a fixed band gap but varied confinement of electrons and holes by changing the In/N ratio.     

Ag、P掺杂ZnS的电子结构和光学性质的研究

利用密度泛函理论中的第一性原理计算掺杂Ag、P的ZnS材料,对掺杂Ag、P前后ZnS超晶胞的电子结构以及光学性质进行了分析研究。计算结果表明,掺入杂质后,价带顶出现杂质能级,费米能级进入价带,导致电导率增加,P 3p态电子形成的杂质态具有一定的局域化特性,故P在ZnS中的溶解度比较低,ZnS的光学性质在可见光区有比较明显的变化,而在高能区则比较相似。掺杂后,各谱线在低能区均产生了一个新的峰。