PbMoO4晶体光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的广叉梯度近似(GGA)下的平面渡超软赝势法,计算了PbMoO4晶体的电子结构和光学性质.结果表明,介电函数的虚部与光电导的实部、复数折射率、光吸收谱的峰值位置有着一一对应的关系,并且可以从电子态密度图中的价带和导带间的电子跃迁得到合理解释.     

CrSi2能带结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）赝势平面波方法，对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算，能带结构计算表明CrSi2属于一种间接带隙半导体，禁带宽度为0．353eV,其能态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定；计算了CrSi2的介电函数、反射率、折射率及吸收系数等。经比较，计算结果与已有的实验数据符合较好。     

含氧空位单斜相HfO2电子结构和光学性质的第一性原理分析

二氧化铪（HfO2）是一种具有宽带隙和高介电常数的陶瓷材料,在微电子领域得到了广泛的关注。在常温常压条件下,其稳定结构是单斜相的HfO2。目前,相关学者对HfO2的研究主要集中在电学和光学方面,可以通过基于密度泛函理论的平藏波超软赝势方式,计算出含氧空位单斜相HfO2的电子结构及光学性质原理,由于氧空位存在缺陷,使得HfO2带隙中出现了缺陷态,得到了HfO2的分波态密度与总态密度。带隙校正后,得出了HfO2光学线性响应函数随光子能量变化的关系。     

立方氮化硼电子结构和光学性质的第一性原理计算

通过第一性原理计算可以预测材料的组分、结构与性能,设计具有特定性能的新材料,甚至可以模拟实验无法实现的工作。密度泛函理论巧妙地将电子之间的交换相关势表示为密度泛函,使得薛定谔方程在考虑了电子之间的复杂作用后,依然可以利用自洽的方法求解。利用CASTEP软件在不同机制下计算了立方氮化硼的能带结构、电荷密度分布、状态密度、...     

Ta2N3电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函第一性原理的GGA方法计算研究了Ta2N3的能带结构、态密度、分态密度和光学性质.计算结果表明,Ta2N3具有明显的金属能带结构特征,且在费米能级附近,Ta的5d态与N的2p态杂化,Ta-N以共价键相互作用.Ta2N3的静态介电常数为77.428,静态的折射率n0为8.88,而介电函数的虚部随能量的增加而减小.Ta2N3多晶体的反射系数在0～1.65eV区域随能量的增加而逐渐减小,在1.65eV附近达极小值,此后随能量的增加而增大,但在15eV时发生陡降.Ta2N3多晶体的吸收系数数量级达105 cm-1,且在高能区对光子的吸收较少,其电子能量损失谱(EELS)的共振峰在15eV处,与此能量时反射系数的陡降相对应.     

La2O2S电子结构及光学性质的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理方法研究了La2O2S的电子结构及光学性质.能带结构分析表明:L2O2S是一种间接带隙的半导体材料,价带顶和导带底分别位于A点和K点.对带隙剪刀修正后,也通过第一原理方法研究了La2O2S的光学性质.计算并分析了La2O2S介电函数的虚部、实部以及由它们所派生的光学常数,即折射率、消光系数、反射率、吸收系数和透光率等.     

四面体掺杂尖晶石结构Co1-xRexCr2O4(Re=Li、Na、K、Rb)的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法, 计算了CoCr₂O₄及Li、Na、K和Rb四面体掺杂CoCr₂O₄的基态结构、电子结构和光学性质。计算结果表明: 一价离子四面体掺杂都导致晶格有微小的畸变, 使体系的稳定性降低, Rb掺杂的体系最稳定; 电子态密度的计算结果表明: 掺杂体系的导带主要有Co-3d和Cr-3d轨道电子构成, 掺杂离子改变了CoCr₂O₄导带的电子结构, 主要引起了导带Co-3d态密度峰的下移, 随着掺杂浓度的增大, 费米能级进入价带更深; 光学性质计算表明: 掺杂体系的吸收光谱发生红移, 并在低能区有很强的吸收, 表明掺杂能极大地提高CoCr₂O₄对可见光的吸收和光催化效率。     

CdO电子结构与光学性质的第一性原理计算

计算了CdO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了CdO材料电子结构与光学性质的内在关系.所有计算都是基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法.利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的CdO材料的能量损失函数、介电函数、反射谱,理论结果与实验符合,通过电荷密度差分图分析了CdO材料的化学和电学特性,为CdO光电材料的设计与大规模应用提供了理论依据.同时,计算结果也为精确监测和控制该类氧化物材料的生长过程提供了可能性.     

TiN_x电子结构与光学性质的第一性原理计算

利用第一性原理计算了TiNx体系中不同N含量(x=0、0.5、0.6和1)所对应TiNx晶胞结构的电子结构和光学性质。计算结果表明,TiNx均具有典型的金属性,随着N含量的增加,TiNx金属性减弱;精确计算了TiNx(x=0、0.5、0.6和1)晶体的介电函数和反射率函数,得出的计算结果与现有的理论吻合得较好,该结果为TiNx材料在分子原子尺度上的进一步设计及其应用提供了理论依据。     

Ni掺杂CdS电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,对纤锌矿结构CdS和CdS∶Ni几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质进行了系统的研究。计算结果表明,Ni原子掺入CdS后晶格常量均减小,晶格发生局部畸变;Ni的掺杂在费米面附近引入杂质能级,极大地提高了CdS系统的导电性。光学性质的计算结果显示,掺杂导致在可见光区域出现了强度微弱的新吸收峰。所有结果表明,Ni掺杂CdS体系是极具潜力的透明导电材料。     

K掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性能的研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用广义梯度近似（GGA）对掺K的立方相Ca2Si的电子结构和光学性能,包括能带结构、态密度、介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率及能量损失函数进行理论计算,结果表明,掺K后立方相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的P型半导体,禁带宽度为0.6230eV,光学带隙变宽,价带主要是Si的3p、Ca的4s、3d以及K的3p、4s态的贡献;静态介电函数ε1（0）=14.4;折射率n0=3.8;吸收系数最大峰值为3.47×105cm-1。通过掺杂调制材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。     

Ti2SiC在高压下结构、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Ti_2SiC在高压下的结构、弹性和电子性质。结果表明,随着外压的增大,Ti_2SiC的晶格常数a、c和体积V均减小,且a比c减小幅度更大,表明Ti_2SiC在a轴方向比c轴方向更容易被压缩,体现了该材料的各向异性。计算分析了Ti_2SiC的弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等弹性性质,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Ti_2SiC在0~50GPa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Ti_2SiC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0~50GPa范围内压力对Ti_2SiC的态密度性质影响较小。     

单点缺陷氧化石墨烯电子结构与光学特性的第一性原理研究

本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似和广义梯度近似下,研究了单点缺陷下不同结构氧化石墨烯的电子结构和光学特性。研究结果表明:文中四种构型的氧化石墨烯为力学稳定结构,其中包含不饱和氧原子的氧化石墨烯结构在水裂解及制氢中具有重要应用潜力。能带及分波态密度计算结果表明,包含不饱和氧原子的构型为间接带隙半导体,其余构型均为直接带隙半导体,且掺杂类型和带隙值随结构不同而改变。氧化石墨烯的光学吸收表现为各向异性,且在垂直于平面方向上的吸收边蓝移到近紫外可见光区。包含sp3杂化形式的结构光学吸收系数比包含sp2杂化的结构高,说明碳氧双键和悬挂键的存在对吸收光谱有重要影响。     

单层WxMo1-xS2合金电子和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对WxMo1-xS2(x=0,0.25,0.5,0.75,1)单层合金的电子结构和光学性质进行了较为系统的研究.计算结果表明:合金的带隙都为直接带隙,随着W含量增加可由1.802 eV增加至1.940 eV,但并不是线性增加.电荷差分密度图计算结果显示,随着W含量的增加,Mo原子失电子数逐渐增加,W原子得电子数逐渐增加.合金的光学性质可随着W含量的变化调谐.随着W含量的增加,WxMo1-xS2合金的静态介电常数逐渐减小,虚部吸收阈值逐渐增大,吸收边向高能区移动.与本征Mo16S32相比,WxMo1-xS2合金在紫外光区域(6～8.5 eV)表现出更强的紫外吸收能力,而W12Mo4S32和W16S32合金在可见光区域(～3 eV)有着更高的吸收系数,这在理论上表明此类单层合金在可见光及近紫外光区域可应用于光电信号的探测.     

基于第一性原理研究Heusler合金Fe2CuGa的结构和性能

采用基于密度泛函理论的第一性原理,系统研究了Heusler合金Fe2CuGa的结构、磁性、弹性性能和电子性质.计算结果表明:立方相的基态结构是铁磁态的Hg2CuTi结构.立方到四方的相变几乎是体积不变的,这是形状记忆合金的特性.奥氏体和马氏体的磁矩分别是4.48和4.56μB/f.u..另外,预测了Fe2CuGa的弹性系数.Fe2CuGa的立方结构在力学上是不稳定的而四方结构是稳定的.根据体模量和剪切模量的比值,发现Fe2CuGa在本质上是可延展的.利用态密度的方法解释了Fe2CuGa马氏体相变的来源.     

利用第一性原理研究Ge:Si电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论的平面渡超软赝势方法和广义梯度近似,计算了掺杂Ge前后单晶Si中Si-Ge键的布居值、键长以及能带结构和态密度.计算结果表明,Ge掺杂后体系晶格常数发生变化,Ge-Si键变长,布居值及带隙宽度减小.还进一步研究了掺杂Ge后的光学性质,掺杂后静态介电常数值与纯Si相比有所增大,且吸收带宽变窄、吸收带边明显红移,并对这些掺杂诱导的材料物性变化进行了解释.     

第一性原理研究InP的能带结构与光学性能

采用基于局域密度近似的第一性原理方法计算了InP的能带结构和电子态密度,并对InP晶体的电荷分布进行了Mulliken布局分析.计算表明InP是直接带隙半导体材料,其价带主要由In的5s以及P的3s、3p态电子构成,导带主要由P的3p以及In的5s、5p态电子构成;P原子与In原子的电子重叠布局数达2.30,表明In-P键的共价性较强而离子性较弱.利用Kramers-Kronig色散关系对InP的介电函数、能量损失谱、折射率以及吸收系数等进行了计算,计算结果与实验值基本一致.此外,根据计算的能带结构与态密度分析了InP电子结构与光学性质的内在联系,解释了InP材料光学性能的微观机制.