Tc-P共掺杂单层MoS2光电特性的第一性原理计算

采用第一性原理的赝势平面波方法,对比研究了未掺杂和掺杂过渡金属Tc、非金属P及Tc-P共掺杂的单层MoS2的电子结构和光学性质.计算结果表明:掺杂改变了费米面附近的电子结构,使得导带向低能方向偏移,并且带隙由K点转化为Γ点,形成Γ点的直接带隙半导体.掺杂P使带隙值变小,形成p型半导体;掺杂Tc使带隙变宽,形成n型半导体;Tc-P共掺杂,由于p型和n型半导体相互调制,使得单层MoS2转变为性能更优的本征半导体;掺杂使光跃迁强度减小,且向低能方向偏移.     

HfxTi1-xO2电子结构与光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,研究了金红石结构TiO2以及不同比例Hf替代Ti原子后形成的化合物HfxTi1-xO2的几何结构、电子结构和光学性质.计算结果表明,化合物HfxTi1-xO2都是具有间接带隙的半导体,Hf的替代使TiO2的禁带宽度有不同程度的增加,静态光学介电常数减小,但均高于SiO2,因此能够满足微电子行业对于高k材料的要求.     

Mo掺杂SnO2光电特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,研究了不同掺杂浓度下钼(Mo)掺杂SnO₂的能带结构、电导率、吸收和反射率。建立了MoxSn1-xO₂的三种掺杂模型(x=0.0625,0.125,0.1875),掺杂体系具有高电导率、高载流子密度和宽带隙的n型金属特征。随着掺杂浓度的增加,掺杂体系的带隙增加,电导率降低。Mo掺杂后,可见光区域的高透射性得以保留。特别地,在x=0.0625时实现了Mo掺杂SnO₂的最佳电导率和光学性能。     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

用第一性原理研究F掺杂β-Ga2O3的电子结构和光学性质

研究F掺杂浓度对β-Ga2O3的几何结构、电子结构和光学性质的影响。F掺杂β-Ga2O3在富Ga条件下容易制备,随F掺杂浓度的提高,F掺杂β-Ga2O3的稳定性增强,结构参数变大。F掺杂β-Ga2O3是一种n型半导体材料,导带中的占据态由Ga 4s、Ga 4p和O 2p态组成,占据态随F掺杂浓度的增加而增加。随F掺杂浓度的提高,F掺杂β-Ga2O3的禁带宽度收缩,占据态展宽。F掺杂β-Ga2O3的吸收谱呈现陡峭的带边吸收和宽的吸收带。随F掺杂浓度的提高,F掺杂β-Ga2O3的带边吸收蓝移,宽带吸收的强度增强。宽带吸收是由导带中的占据态向空态带内跃迁产生的。     

Ca_2P_xSi_(1-x)能带结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的贋势平面波方法,对不同P掺杂浓度正交相Ca2Si的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行计算,比较不同浓度P掺杂的几何结构、电子结构和光学性质。对不同P含量下Ca2PxSi1-x的几何结构比较研究得出:随着P浓度增加Ca2PxSi1-x的晶格常数a、c减小,b增加,体积减小;掺杂浓度对电子结构的影响主要体现在P掺杂Ca2Si使得费米面向导带偏移,且随着掺杂浓度的增加而更深入地嵌入导带中,费米面附近由Ca-d Si-p及P-p电子构成的导带和价带均向低能方向移动,带隙随着掺杂浓度的增大而增大;掺杂浓度对光学性质同样有较大的影响,Ca2PxSi1-x的静态介电函数、折射率随着P掺杂浓度的增加而增加,而反射谱随着P掺杂浓度的增加而减小。适当的P掺杂能够提高Ca2Si对光的吸收系数和折射率,降低光的反射,提高了Ca2Si的光电转换效率。     

ZnS:Er电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波赝势方法,分析了ZnS及掺杂Er3+之后的电子结构,进而预测了其光学性质。结果表明,掺杂之后体系的带隙变窄,同时价带与导带之间形成一个新的中间带。随着掺杂Er3+浓度的增加,体系的绝缘性呈下降趋势,吸收光谱则发生红移现象。这一结论与前人报道的实验结果相符。     

Se和Cd掺杂GaN电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,使用GGA+U方法分别计算Se和Cd单掺与共掺杂GaN体系的晶格常数、电子结构及光学性质.结果表明:与本征GaN相比,掺杂后体系的晶格常数发生了改变,禁带宽度减小,吸收光谱均发生红移,表明掺杂使体系的光谱响应范围得到更大拓展.其中,Cd单掺GaN体系的禁带宽度最小,并在费米能级附近有杂质能...     

掺杂β-FeSi2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,对掺入Mn,Cr,Co,Ni的β-FeSi2的几何结构、能带结构和光学性质进行了研究.计算结果表明:(1)杂质的掺入改变了晶胞体积及原子位置,掺杂足调制材料电子结构的有效方式;(2)系统总能量的计算表明Mn掺杂时倾向于置换Fel位的Fe原子,而Cr,Co,Ni倾向于取代Fell位的Fe原子;能带结构的计算表明掺Mn,Cr使得β-FeSi2的费米面向价带移动,形成了P型半导体;而掺Co,Ni则使得β-FeSi2的费米面向导带移动,形成了n型半导体;(3)杂质原子的掺入在费米面附近提供了大量的载流子,改变了电子在带间的跃迁,对β-FeSi2的光学性质造成影响.     

掺杂β-FeSi2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法,对掺入Mn,Cr,Co,Ni的β-FeSi2的几何结构、能带结构和光学性质进行了研究.计算结果表明:(1)杂质的掺入改变了晶胞体积及原子位置,掺杂足调制材料电子结构的有效方式;(2)系统总能量的计算表明Mn掺杂时倾向于置换Fel位的Fe原子,而Cr,Co,Ni倾向于取代Fell位的Fe原子;能带结构的计算表明掺Mn,Cr使得β-FeSi2的费米面向价带移动,形成了P型半导体;而掺Co,Ni则使得β-FeSi2的费米面向导带移动,形成了n型半导体;(3)杂质原子的掺入在费米面附近提供了大量的载流子,改变了电子在带间的跃迁,对β-FeSi2的光学性质造成影响.     

Ce-N共掺锐钛矿TiO2(001)取向电子结构和光学性质

采用第一性原理研究了Ce和N共掺杂锐钛矿TiO_2的稳定性、电子结构和光学性质。结果表明在锐钛矿TiO_2中Ce倾向于间隙掺杂,而N更倾向于O替位掺杂;Ce单掺杂和Ce-N共掺杂都能使TiO_2带隙宽度减小,同时N原子还能在价带顶引入浅受主能级,有利于可见光的吸收和阻止光生载流子-空穴复合;Ce单掺杂和Ce-N共掺杂锐钛矿TiO_2(001)取向都满足光催化制氢条件,因此都具有良好的光催化特性。综合分析带边位置和吸收光谱发现Ce-N共掺杂能有效提高锐钛矿TiO_2(001)取向的光催化制氢能力。     

氧化锌p型共掺杂精细结构的第一性原理研究

计算了ZnO材料p型掺杂精细结构,分析了p型掺杂ZnO晶体的电子结构、电荷布局、电子态密度、差分电荷。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:掺杂Ⅴ族元素(N、P、As、In)的氧化锌材料在能隙中引入了深受主能级,载流子(空穴)局域于价带顶附近。而利用加入激活施主的共掺杂技术的计算结果却表明,受主能级向低能方向移动,形成了浅受主能级。同时,受主能级带变宽,非局域化特征明显。     

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。     

镧系元素(Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)掺杂NaTaO3光电性质影响的第一性原理研究

为提高NaTaO₃在可见光区的光谱响应范围,利用第一性原理方法研究了镧系金属(Ce、Pr、Nd、Sm、Eu)掺杂NaTaO₃体系,并对掺杂前后体系的晶体结构、形成能、电子结构以及光学性质进行了计算与分析。结果表明：掺杂体系均发生了晶格畸变,导致体系键布局发生变化,使体系内的正负电荷不再重合,从而在体系内产生了局域电势差,这有效阻碍了体系内部光生电子与空穴的复合,有利于提高NaTaO₃体系的光催化能力。在形成能的计算中发现NaTa_0.875Pr_0.125O₃的形成能最小,表明该体系最容易形成。掺杂体系的禁带宽度均减小,能级变密集。从态密度图中发现掺杂会加强原子轨道在费米能级的杂化程度,可以有效减少电子-空穴对的复合。从光学性质中发现Ce、Pr、Eu的掺入使NaTaO₃发生了红移,其中NaTa_0.875Pr_0.125O₃对可见光的响应范围最广,该体系有望成为新型高效的光催化...     

立方相Ca_2Ge电子结构及热力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贋势平面波法对立方相Ca_2Ge的电子结构和声子色散关系进行了研究。分析得到:立方相Ca_2Ge是带隙为0.553eV的直接半导体,导带主要由Ca 3d电子态贡献,决定了立方相Ca_2Ge半导体的特性。由声子色散和声子态密度关系分析得到立方相Ca_2Ge晶格振动声学波由Ca原子和Ge原子贡献,光学波低频段(4.6~5.5THz)主要由Ge原子贡献,高频段(5.5~7.3THz)主要由Ca原子贡献。利用准谐德拜模型研究立方相Ca_2Ge的热力学特性,计算结果表明:恒定温度下,体积变化率、热容和热膨胀系数随压力的升高而降低,体弹模量B随压力的升高而增加;压强恒定条件下,体积变化率和体弹模量B随温度的增加而减小,热膨胀系数和热容随温度的增加而增加,当温度高于800K时,热熔CV受压力的影响较小,且接近Dulong-Petit极限。通过对立方相Ca_2Ge电子结构和热力学特性进行系统的研究得到完整的热力学参量,为Ca_2Ge后期的研究提供理论参考。     

硼，氮共掺碳纳米管的第一性原理研究

小管径单壁碳纳米管因为曲率效应和局部效应的影响,有着不同的电学性能。传统的密度泛函计算并不能完全处理这些影响因素,但是杂化泛函计算却可以。我们通过HSE杂化泛函计算研究了（2,3）碳纳米管共掺杂不同浓度的氮,硼原子,发现了能隙和一些其他性质均随着掺杂成分的改变而发生振荡变化。我们的研究阐明了对小管径纳米管性质的认识。这对设计新型纳米电子设备有潜在作用。