立方SrZrO3电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论（DFT）框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了立方SrZrO3的电子结构和光学性质。计算结果表明立方SrZrO3为间接带隙钙钛矿型复合氧化物,计算得到的最小带隙为3.33eV。计算并分析了立方SrZrO3的复介电函数、复折射率、吸收系数、反射率、损失函数和光电导率,计算得到静态介电常数为3.40,折射率为1.86,吸收系数的最大峰值为468431.8cm1,反射峰的最大值为0.472,理论计算结果与其他文献结果基本一致,并利用分子轨道理论解释了立方SrZrO3电子结构和光学性质之间的关系,这为立方SrZrO3的应用提供了理论参考数据。     

Sb掺杂LiBiO3电子结构的第一性原理计算

通过能带结构、电子态密度、电子局域化函数、Bader电荷等方面的密度泛函理论(DFT)第一性原理计算,对掺杂了Sb的LiBiO3的电子结构进行研究,试图从理论角度探寻合适的光催化材料。计算结果表明,空间群为Pccn的正交LiBiO3为直接半导体,DFT计算带隙为0.23eV,而采用HSE泛函形式的计算带隙为1.18eV,较为接近实验测定值。随着Sb掺杂量的增加,LiBi1-xSbxO3的计算带隙逐渐加大,与纯LiBiO3相比,Sb掺杂体系中出现了具有更强键合作用的Sb-O键,有利于改善体系的光催化性能。     

外力对三元哈斯勒半金属ZrIrSb电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论研究了应变对三元哈斯勒半金属材料ZrIrSb电子结构和光学性能的影响.计算结果表明,未加外力时,ZrIrSb的晶格常数与实验所测结果吻合较好.应变从 5％到5％的变化过程中,带隙逐渐减小,当拉伸应变ε=2％时,ZrIrSb的能带结构由间接带隙转变为直接带隙,并结合物理知识分析了带隙发生变化的原因.计算了...     

闪锌矿结构ZnSe的光电性质和有效质量研究

为了研究红外透光闪锌矿ZnSe晶体光学性质和电学性质的内在机理。通过第一性原理的密度泛函理论,借助超软平面波赝势,计算了ZnSe晶体的能带结构和态密度,分析了反射光谱、吸收光谱和介电常数。基于有效质量的近似理论,计算了价带顶端附近电子的有效质量。研究结果表明:ZnSe晶体属于直接带隙半导体材料,反射峰的出现主要是因为Se原子的4p电子和Zn原子的3d态电子向导带跃迁,介电峰的分布与电子结构直接相关,介电峰主要是由于Zn的3d和Se的4p轨道价带向Zn的4s和Se的4s轨道导带的过渡。分析了价带顶端的电子有效质量,计算结果与文献资料基本一致,发现载流子的有效质量具有各向异性,k_a方向的电子和空穴的有效质量均较小。从而挖掘了ZnSe晶体的光电性质与有效质量的内在本质,这些分析结果对Ⅱ-Ⅵ族半导体光电子材料具有非常重要的参考价值。     

Tl、Na替位掺杂CsI的第一性原理研究

采用广义梯度近似(GGA)的第一性原理计算方法分别对CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2晶体的能带结构、态密度和光学性质进行了计算。计算得到:掺杂后CsI的晶体体积有所减小,且掺入Tl时减小更为明显;CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2晶体的带隙分别为3.664 e V、2.752 e V和2.735 e V,这是因为掺杂使原来的禁带中增加了一些激子带,表明掺杂后电子从价带跃迁到导带所需要的能量更小;从态密度的分布情况来看,掺杂后导带宽度都有所增加,靠近费米能级处的峰值宽度都增大,而且Tl掺杂会在靠近费米能级的价带中增加一个小峰,这些现象表明掺杂能使晶体能在受到同样的辐照时会产生更多的闪烁光子;CsI、(CsTl)I2和(CsNa)I2的光学吸收系数分别在光子能量小于3.7 e V、2.7 e V和2.5 e V的范围内为零,说明对处于该能量范围内的光子来说,晶体是透明的,不会发生吸收。虽然掺杂使CsI的吸收边发生了红移,但是整体对低能可见光子的吸收减少。因此,掺杂Tl,Na会使闪烁体的探测效率增加。本文的研究工作为CsI发光机理研究提供理论依据,也为CsI掺杂的理论研究提供参考。     

Cu掺杂ZnSe光电性质的第一性原理计算

为研究Cu掺杂对ZnSe晶体的光电性能的影响,采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了闪锌矿ZnSe掺杂Cu前后的电子结构和光学性质.比较了掺杂前后的电子能带结构、总态密度、分态密度、吸收光谱和介电函数.研究结果表明:ZnSe本体为直接带隙半导体.掺杂Cu后,ZnSe晶体表现出明显的金属性.本征吸收区明显向低能端移动,约位于0.9~6.0eV.吸收系数明显降低33%.在低能端产生了新的价电峰,可以吸收较低能量的光子.     

Co掺杂ZnO的第一性原理计算

为了拓宽ZnO光电材料的应用前景,研究了ZnO薄膜的晶体电子结构、掺杂以及光学性质.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,计算了ZnO和Zn0.9Co0.1O的能带结构、电子结构和光学性质.计算结果表明:纤锌矿ZnO为直接带隙半导体,掺杂10%Co后ZnO能级发生劈裂,态密度向稳定的低能级移动,禁带宽度变窄,吸收谱红移,呈现铁磁性.     

封口型单壁碳纳米管电子结构的密度泛函研究

采用密度泛函(DFT)的B3LYP基组和非平衡格林函数方法对封口型单壁碳纳米管及在碳纳米管外接Au电极的纳米器件的量子结构、密利根电荷分布、电子传输和态密度等特性进行了理论研究.结果发现HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital)和LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)间的能隙Eg=0.973 8 eV,呈现半导体特征;态密度与电子输运谱具有很好的对应关系;电子输运主要集中在能量E＜O.O eV的区域.     

Ge2 Sb2 Te5晶体结构的第一性原理模拟

基于密度泛函理论,采用CASTEP软件对Ge2Sb2Te5亚稳态晶体进行结构优化,并比较了局部密度泛函LDA CA-PZ和广义梯度近似GGA PBE两种不同电子交换关联函数对模型晶体结构、能带、态密度、分波态密度、布居数等相关性质的影响,获得Ge2Sb2Te5亚稳态晶体结构的性质.研究发现,电子交互关联函数采用局部密度泛函LDA CA-PZ时计算体系的总能量更低,具有更好的稳定性,但该优化使晶格常数缩小,而采用广义梯度近似GGA PBE方法对GST材料的晶胞结构进行模拟获得的结果与实验结果较为吻合.亚稳态Ge2Sb2Te5的能带没有带隙,呈现典型的金属性,而对材料性质影响最大的是Te原子.     

AlN能带及态密度的密度泛函理论研究

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法计算了A lN晶体的能带结构和态密度曲线。研究表明,A lN的价带由-15.3eV－-12.3eV的下价带和-6.2eV－0eV的上价带区组成,价带顶出现三个子带：简并的重空穴、轻空穴和自旋-轨道耦合所分裂出来的劈裂带（距带顶0.2eV）;导带主要是由A l的3s、3p态电子和N的2p态电子构成的;理论预测A lN价带空穴具有大的有效质量;A lN是一种直接宽禁带半导体,带隙为4.7eV,比较起来该结果优于一些文献中的计算值。     

金属Al电子结构与热力学性质的第一性原理计算

针对金属Al的电子结构与热力学性质,采用基于密度泛函理论的第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算,得到了金属Al的平衡晶格常数、相关弹性系数、电子能带、态密度、声子谱、声子态密度以及相关热力学参数,并对计算结果进行了理论分析.结果表明,金属Al具有明显的导电特性与良好的塑性.金属Al具有3条声学支波色散曲线与一个声子态密度峰.随着温度的增加,熵、焓均增加,而自由能减少.热容量随着温度的增加而迅速增加,当温度达到500 K后,热容量几乎不变,所得结论与物理规律相符合.     

高岭石电子结构的密度泛函理论研究

在软岩隧道工程中经常遇到的巷道大变形问题,主要是由于高岭石、蒙脱石等粘土矿物吸水膨胀所引起.为了解决这些工程安全问题,从微观的角度对高岭石的物理、化学性质进行密度泛函理论研究.研究发现:高岭石具有较大的间接带隙,带隙宽度值为4.89 e V;高岭石的导带底(CBM)和价带顶(VBM)分别位于Γ点和B点;高岭石的金属阳离子和氧阴离子之间形成的化学键主要是离子键,并含有少量的共价键成分;高岭石的VBM和CBM分别由氧2P态和金属阳离子态组成.     

石墨烯带正常-超导结的量子输运

基于非平衡格林函数(non-equilibrium Green's function,NEGF)和密度泛函理论(density functional theory,DFT),从第一性原理出发研究Armchair型和Zigzag型的石墨烯带正常-超导结的电子输运性质,计算了缺陷对这两种正常-超导结输运性质的影响.计算表明,对无缺陷正常-超导石墨烯带,在超导能隙内,Andreev反射系数TA恰好等于正常石墨烯带的电子透射系数TN.当石墨烯带存在缺陷时,Andreev反射系数TA不再是一个常数,而在超导能隙边缘出现两个尖锐的峰,其峰值大于正常系统的电子透射系数.在超导能隙之外,Andreev反射系数TA逐渐减小为0,准粒子的正常隧穿几率T1逐渐增大,且趋于无超导下的正常系统的电子透射系数TN.不同缺陷构型对石墨烯带中载流子的输运过程影响不同.如果缺陷的存在对正常石墨烯带电子散射过程影响越大,则其对正常-超导体系中的Andreev反射和准粒子散射影响也越大.     

Bi_2O_3-B_2O_3-RE_2O_3(RE=Ce,Tb)玻璃的光学带隙

采用熔融法制备了Bi2O3-B2O3-RE2O3(RE=Ce,Tb)玻璃,根据Urbach公式和Tauc方程分别计算了含不同种类稀土玻璃的Urbach能及光学带隙,并探究了Urbach能与光学带隙的关系.结果表明:增加稀土离子,玻璃中非桥氧键增多,玻璃的结构疏松,电子跃迁所需的能量降低,Urbach能降低;随着极化率增加,玻璃的键强降低,吸收边增加,光学带隙减小,且光学带隙随着Urbach能的减小线性降低.     

B_2和Al_2分子结构的密度泛函与从头计算对比研究

为了评估密度泛函方法在研究小分子结构和性质方面的预测效力,本文应用B3LYP、BP86,M06、w B97x等10种不同的密度泛函方法对B2和Al2的基态结构与离解能进行了系统研究。研究结果表明:w B97x泛函、M06及其衍生泛函M06-L、M06-2X、M06-HF不能给出Al2准确的基态电子结构和离解能;所选择的泛函虽然能够正确预测到B2的基态电子结构,但大部分泛函所预测的离解能与实验值相比存在较大的误差。而精确的从头计算方法 CCSD(T)/cc-p VTZ和FCI/cc-p VTZ的预测结果与实验观测值相符:B2基态为X3Σg-,第一激发态A3Πu;Al2其基态为X3Πu和第一激发态A3Σg-,且预测得到的分子平衡核间距、离解能和振动频率与实验观测值符合得都很好。     

8-羟基喹啉锂及其衍生物的电子结构和光学性质的理论研究

采用DFT//B3LYP方法,在6-31G*基组下,对8-羟基喹啉锂(LiQ)及其衍生物基态结构进行优化.在基态几何优化基础上,用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算吸收光谱.用CIS/6-31G*方法优化8-羟基喹啉锂单体的S1激发态结构并计算其发射光谱.计算结果表明:在1位加上供电子基氨基和1,5位分别加上供电子基氨基与羟基对分子的二面角增大,表明加入供电子基会降低分子的共轭程度.吸电子基使得HOMO、LUMO轨道能量下降,能隙也是下降的,吸收光谱比8-羟基喹啉锂的红移.8-羟基喹啉锂发射与吸收光谱之间有108.43 nm的Stokes位移.     

一维反转对称光子结构的表面阻抗特性及其应用

基于传输矩阵法计算了层状光子结构的反射光谱轮廓曲线和表面阻抗,具体分析了反转对称光子结构的表面阻抗在不同带隙内的变化规律。结果表明:反转对称光子结构在带隙内的表面阻抗符号与相邻通带中反射光谱轮廓曲线的零点数目有关;若某通带对应的反射光谱轮廓曲线含有奇数个零点,则表面阻抗虚部在该通带后相邻带隙内的符号与前一个带隙相同;若某通带对应的反射光谱轮廓曲线含有偶数个零点,则在该通带后的带隙内表面阻抗虚部的符号将发生变化;同时反转对称中心不同的两个光子结构的表面阻抗虚部符号在奇数带隙内相反、偶数带隙内相同,其组合结构在奇数带隙内均存在一个界面态,且在该界面态频率处,两个结构的阻抗虚部之和等于零。研究结果可以为层状光子结构产生光学界面态等应用提供理论参考。     

一种预变形周期刚架结构振动带隙特性分析

针对减振需求,本文在X型刚架结构的基础上,采用谱元法,分析了一种预变形刚架结构的振动带隙特性。根据梁/杆小变形理论,建立梁/杆谱单元刚度矩阵,针对刚架结构组装得到整体刚度阵,从而建立预变形平面刚架动力学模型。采用有限元方法验证了谱元法的有效性,在谱元法有效的前提下,计算结构的固有频率和频域响应,获得振动带隙结果,结果证明：预变形周期刚架结构可以实现更加低频的振动带隙。通过与无预变形周期刚架X型结构进行比较,揭示了本文所设计结构具有更低固有频率的原因。利用有限元方法计算频响透射率,验证理论模型的有效性。通过观察模态,进一步证明带隙的存在以及结果正确性。在结论基础上,提出可以考虑改变变形角,以满足工程需要。     

B/Al掺杂ZnS电子结构的第一性原理研究

用第一性原理的赝势方法,计算了B和Al掺杂ZnS的电子结构差异.根据计算,掺杂时B原子p态在导带底附近形成高度局域态,而Al原子p态则较为离域;B和Al原子的s态均具有较好的离域性.以上结果表明,从获得n型导电性的角度而言,Al掺杂优于B掺杂.     

用第一性原理研究Nb_5Si_3金属间化合物的力学性能

基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,采用局域密度近似,计算了α-Nb_5Si_3,β-Nb_5Si_3和γ-Nb_5Si_3的电子结构、态密度以及布居数和力学性质.研究表明:三种不同结构的Nb_5Si_3形成能均为负值,均为热力学稳定的,其中α-Nb_5Si_3最稳定.α-Nb_5Si_3、β-Nb_5Si_3和γ-Nb_5Si_3的体积模量分别为:192.3 GPa、188.6 GPa和185.9 GPa;剪切模量分别为130.9 GPa、111.4GPa和24.4 GPa.其中α-Nb_5Si_3具有最高的体积模量和剪切模量.基于Pugh的经验判据,α-Nb_5Si_3和β-Nb_5Si_3的B/G均小于1.75,为脆性,且α-Nb_5Si_3的脆性大于β-Nb_5Si_3,γ-Nb_5Si_3的B/G大于1.75,为韧性.α-Nb_5Si_3、β-Nb_5Si_3和γ-Nb_5Si_3在费米面态密度值依次为14.84 e V、18.89 e V和23.64 e V.因此,α-Nb_5Si_3结构最稳定,γ-Nb_5Si_3结构最不稳定,这与形成能的计算结果一致.α-Nb_5Si_3,β-Nb_5Si_3和γ-Nb_5Si_3费米能级附近价带主要是由Nb的4d轨道及Si的3s和3p轨道贡献,且α-Nb_5Si_3的赝能隙处在高能区,因此结构最稳定.