钼酸镉晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文利用了基于密度泛函理论的第一性原理和平面波赝势方法计算了CdMoO4晶体的电子结构和光学性质.分别采用了广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)对晶胞参数进行优化,得到了最稳定状态下的晶胞参数.在优化结构的基础上得到了两种近似下的能带结构,电子态密度和介电函数.能带结构表明CdMoO4的价带顶和导带底均在Γ点,直接带隙分别为2.342 eV (GGA),2.241 eV (LDA).电子态密度计算结果说明Mo4d和O2p轨道之间强烈杂化形成Mo-O共价键,且其键性强于Cd-O键.计算得到的介电函数实部与虚部和Abraham等用WIEN97软件计算的结果吻合得较好.     

稀土元素(La、Y)掺杂SnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Y)掺杂SnO的电子结构和光学性质,计算结果表明,La、Y掺杂改变了体系的能带结构,未掺杂SnO为间接带隙半导体,La、Y掺杂后均变为直接带隙半导体。掺杂后,导带和价带均下移,费米能级进入导带,提高了体系的导电性能,实现了n型掺杂,La、Y单掺的带隙变窄,共掺体系的带隙变宽。La、Y掺杂后都提高了体系的静态介电常数,扩大了光吸收范围,并出现了新的吸收峰,提高了可见光区域的光催化性,其中共掺体系的变化最明显。La掺杂造成体系的能量损失增大,共掺体系的能量损失最小,且反射率最低,可显著提高掺杂体系的透光率。     

Al,Ni掺杂ZnO的电子结构与光学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了纯ZnO和分别掺摩尔分数均为6.25%Al,Ni的ZnO的能带结构、电子态密度分布及光学性质。计算结果表明:ZnO掺杂Al,Ni后,其Fermi面均上移并进入导带;Zn0.9375Ni0.0625O的能带结构在导带底附近出现了4条杂质带。纯ZnO,Zn0.9375Al0.0625O和Zn0.9375Ni0.0625O的光学性质在低能处有较大的差异,其中Zn0.9375Al0.0625O在可见光区的吸收系数和反射率较之另外两种材料都相对较低,但三者的光学性质在高能处却非常相似。Zn0.9375Al0.0625O的吸收边有蓝移的趋势,而Zn0.9375Ni0.0625O的吸收边红移。掺杂Ni对ZnO的吸收系数等光学性质的改变更为明显。     

Gd2O2S电子结构及光学性质的第一原理研究

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了Gd2O2S的电子结构及光学性质.能带结构分析表明:Gd2O2S是一种间接带隙的半导体材料,其间接带隙值为3.22 eV,且价带顶和导带底分别位于G点和M点.态密度计算表明价带顶部由O2p和S 3p态杂化而成,导带底部主要由Gd 5d态构成.在对带隙进行1.15 eV的剪刀修正后,通过第一原理方法研究了Gd2O2S的光学性质.计算并分析了Gd2O2S的介电函数、复折射率、吸收系数和透光率.其中,静态折射率的计算值与实验值吻合得很好,Gd2O2S在可见到红外区的理论透光率的计算值为76.5％.     

A1,Ni掺杂ZnO的电子结构与光学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了纯ZnO和分别掺摩尔分数均为6.25%A1,Ni的ZaO的能带结构、电子态密度分布及光学性质.计算结果表明:ZnO掺杂A1,Ni后,其Fermi面均上移并进入导带;Zn0.9375Ni0.0625O的能带结构在导带底附近出现了4条杂质带.纯ZnO,Zn0.9375A10.0625和Zn0.9375Ni0.0625O的光学性质在低能处有较大的差异,其中Zn0.9375A10.0625O在可见光区的吸收系数和反射率较之另外两种材料都相对较低,但三者的光学性质在高能处却非常相似.Zn<<0.9375>A10.0625O的吸收边有蓝移的趋势,而Zn0.9375Ni0.0625O的吸收边红移.掺杂Ni对ZnO的吸收系数等光学性质的改变更为明显.     

第一性原理计算LiTaO_3光学性质与热力学性质

采用基于第一性原理的赝势平面波法系统计算了LiTaO3晶体的电子结构、光学性质和热力学性质。能带结构表明LiTaO3晶体重要的结构特征是Ta的6d轨道和O的2p轨道存在强的杂化作用。LiTaO3晶体极限折射率为2.4,在55 eV处有明显的光吸收、光反射和能量损失。室温时LiTaO3的恒容热容为24 J/mol·K,800 K时,徳拜温度达到873。     

Y掺杂对ZnO电子结构和光学性质的影响

通过Materials Studio软件下的CASTEP模块模拟了钇掺杂氧化锌的情况,分析了掺杂钇以及不同掺杂量条件下的氧化锌体系的结构稳定性、能带结构、态密度和光学性质等变化,发现钇掺杂在一定的范围内增加时,会发生体系的体积、晶格常数和总能量增大,Y—O键长变长,布局值减少,共价键减弱,离子键增强,吸收光谱的蓝移,掺...     

掺杂Fe3+的TiO2电子结构及光学特性研究

本文通过溶胶凝胶法在室温下制备Fe3+掺杂TiO2,并通过X射线衍射仪,紫外-可见分光光度计等表征手段研究不同Fe3掺杂浓度和不同退火温度对TiO2晶体结构和光学性质的影响,并在密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势基础上采用VASP软件包对Fe3+掺杂TiO2进行能带结构、态密度的计算.XRD实验结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的TiO2结晶度高,400℃煅烧下TiO2主要为锐钛矿型晶体,500℃煅烧下出现微弱的金红石相,并在700℃完全转变为金红石相,掺杂浓度对晶型转化有一定的抑制作用.UV-Vis光谱测试表明:Fe3+掺杂使TiO2吸收边红移,提高了光吸收效率.计算结果表明:Fe3+掺杂在TiO2禁带中间产生了杂质能级,杂质能级主要由Fe3+的3d轨道电子形成,引进的杂质能级减少了电子跃迁所需能量,使吸收边红移.     

Al-S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法,研究了Al-S、Al-2S共掺SnO2的能带结构、态密度以及Mulliken布局.研究结果表明,Al-S共掺时,态密度向低能区方向移动,费米面附近出现深杂质能级,起复合中心的作用,主要由S的3p态贡献;Al-2S共掺时,态密度向低能方向移动程度更高,费米能级附近形成浅施主能级,能级距离导带底更近,S的3p态贡献更大.Al-S共掺会打破SnO2电子平衡状态,导致电荷密度重新分布.     

铂团簇负载锐钛矿二氧化钛纳米管电子结构及光学性质

基于密度泛函理论的广义梯度近似对Ptn（n=l～3）N簇负载锐钛矿二氧化钛纳米管的电子结构、吸附能及光学性质进行第一性原理计算。将锐钛矿TiO2垂直于[1O1]向剪切得到（101）面,经卷曲而成Ti02纳米管理论模型。在最优化结构的基础上负载Pt团簇,分别考察Ptl、Pt2、Pt3的可能稳定构型,通过比较吸附能,得出各...     

第一原理计算掺杂LiFePO4的电子结构

采用基于第一原理密度泛函理论的计算方法,通过SIESTA软件计算模拟了过渡金属掺杂橄榄石型LiM0.125Fe0.875PO4(M=Ni、Mn)的电子结构,获得了LiFePO4掺杂体系的总态密度、各元素的分态密度以及净电荷分布,并以此分析了掺杂对LiFePO4体系电子导电性能改善的机制.结果表明:Fe位掺杂对LiFeP...     

高压下Ti2AlC结构、弹性和电子性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了高压下Ti2AlC的结构、弹性和电子性质.结果表明,Ti2AlC的晶格常数a、c和体积V均随着外压的增大减小,且c比a减小幅度略大,表明Ti2AlC在c轴方向比a轴方向更容易被压缩,体现了该材料的各向异性.计算了Ti2AlC的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等弹性性质,发现这些弹性性质均随着外压的增加而增大,并根据弹性常数证明了Ti2AlC在0～50 GPa范围内均是力学稳定的.此外,还从电子态密度的角度考察了Ti2AlC的电子性质,认为其具有共价键和金属键的双重性质,并发现在0～50 GPa范围内压力对Ti2AlC的态密度性质影响较小.     

Na:O共掺杂AlN晶体的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理全势线性缀加平面波法,分别研究了Al N在Na单掺杂和Na:O共掺杂情况下的晶格结构、电子态密度及能带结构。计算结果表明:Na单掺杂Al N和Na:O共掺杂Al N均为直接带隙半导体材料,且表现出p型掺杂特性;相比于本征Al N晶体,两者的晶格结构均膨胀,而Na:O共掺杂相对Na单掺杂Al N晶格膨胀较小;Na单掺杂Al N的价带顶态密度具有较强的局域化特性,不利于掺杂浓度的提高;与Na单掺杂Al N相反,Na:O共掺杂Al N的价带顶态密度局域化特性明显减弱,受主能级变浅,有利于Al N的p型掺杂。     

TiO2亚稳相的结构和性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,对锐钛矿相TiO2和萤石TiO2的态密度、能带结构和光学性质等方面的第一性原理进行研究.结果表明,锐钛矿相TiO2属间接带隙半导体,其禁带宽度为2.67 eV.萤石TiO2为间接带隙半导体,其禁带宽度为2.7 eV,其静态介电常数为10.2 eV,在130 ～ 225 nm波长区具有较宽宽的吸收峰,吸收谱扩展到可见光范围.     

Zn3V2O8的电子结构与光学性质的理论研究

采用平面波超软赝势密度泛函理论的方法研究了Zn3V2O8的能带结构、电子态密度和光学特性.能带结果显示Zn3V2O8呈间接带隙的绝缘体型能带,其禁带宽度为2.9 eV.详细的电子态密度结果显示其费米面上的态密度达到20 e/eV,费米能级附近的能级由Zn3p、V3p和O2p电子形成,Zn3d和O2s之间有强的杂化作用.介电性能结果显示在4.4 ～5.7 eV附近有强的吸收峰,在20.6 eV附近有一个次强吸收峰;吸收光谱显示在6.8 eV处有强吸收,在20.7 eV处有一个较弱的吸收峰.     

铑掺杂钛酸锶的第一性原理计算研究

基于密度泛函第一性原理研究了研究了铑(Rh)(掺杂量分别为:5.5%,8.3%,12.5%,25.0%)掺杂钛酸锶(SrTiO_3)的电子结构及光学性质。研究结果表明:铑元素的掺入使得钛酸锶整体的价带发生移动,禁带宽度逐渐缩小,当铑的掺入量达到25%时价带能级穿越费米能级,同时可以发现随着铑掺入量的增加,钛酸锶对于可见光的吸收逐渐增加,掺入量达到12.5%以上时对于紫外可见光(波长:200～800 nm)的吸收明显大幅提升。     

Zn缺陷对纤锌矿结构ZnO电子性质的影响研究

采用密度泛函理论计算的方法研究了Zn空位缺陷下ZnO的电子结构性质.结果表明,所有ZnO材料均为直接带隙型材料,含有Zn空位缺陷的ZnO禁带宽度由0.78 eV分别增加至1.62 eV和1.58 eV.所有ZnO的总态密度曲线具有相似的形状,含有Zn空位缺陷的ZnO的总态密度曲线极值点数量减少,局域化能量点数量减少.含有Zn空位缺陷的ZnO费米能上的态密度降低.随着Zn空位缺陷浓度的增加,ZnO费米能上的p态电子数量逐渐增加,这主要由来自于Op态电子的贡献.     

氮掺杂ZrC和TaC结构和电子性质的第一性原理研究

为了研究氮(N)掺杂对难熔金属碳化物ZrC和TaC的影响,本文运用第一性原理超原胞方法(SC)和虚晶近似方法(VCA)进行了研究。计算了掺杂不同浓度N原子的ZrC_(1-x)N_x和TaC_(1-x)N_x(0≤x≤1)难熔金属碳氮化物的形成能、晶格常数、体积以及电子态密度。形成能计算结果表明ZrC1xNx和TaC1xNx的稳定性随氮浓度的增大而增强;晶格常数和体积随氮浓度的增大而减小,结构也越来越稳定;氮掺杂导致的电子态密度在深能级处的新峰随着氮浓度的增大而变高,也表明结构更稳定。此外,比较相同N浓度下的ZrC_(1-x)N_x和TaC_(1-x)N_x,发现ZrC_(1-x)N_x的形成能更低,因此掺杂相同浓度的N时ZrC_(1-x)N_x更稳定。     

Fe-P非晶态合金局域结构和电子性质的理论研究

根据Fe-P非晶态合金结构的短程有序、Fe和P之间具较强化学作用和结构中可能存在P-P相互作用的实验事实,选择了单磷原子簇模型FenP(n=1～6,8)和双磷原子簇模型FenP2(n=1～4),用密度泛函理论方法对其进行计算。结果表明,在单磷模型体系中,Fe原子供给P原子电子;而在双磷模型体系中,电子转移方向发生变化,P原子供给Fe原子电子,这与Fe-P非晶态合金的实验结果一致,说明单磷和双磷原子簇模型能较全面反映Fe-P非晶态合金的结构特点。     

N和硫属元素掺杂及共掺杂TiO_2第一性原理计算

采用密度泛函理论(DFT)计算了N、S、Se和Te掺杂及共掺杂金红石TiO2的电子结构。针对DFT方法存在对过渡金属氧化物带隙能的计算结果与实际值严重偏离的缺陷,采用DFT+U(Hubbard系数)方法对掺杂体系的电子结构进行了计算。优化结构的结果表明,掺杂造成二氧化钛的体积膨胀和晶格畸变很明显。相比较于其他元素而言,Te更难掺杂进二氧化钛中是由于其大的原子半径和较大的取代能。能带总态密度图和分态密度图的分析表明,Ti 3d和O 2d轨道与N 2p、S 3p、Se 4p和Te 5p强烈地杂化在一起。与S、Se、Te单掺杂后带隙能比较,由计算的结果(S:2.43;Se:2.42;Te:2.46)可以看出,N/S、N/Se和N/Te共掺杂能明显地改善材料的电子结构及带隙。DFT+U计算结果与实验测量结果较好地吻合。