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.     

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。     

CeO_2掺杂Mn的密度泛函理论

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对不同Mn掺杂浓度的CeO2晶体结构进行了结构优化,分别计算了体相及掺杂后的晶胞参数,总能量,态密度和能带等.从理论上分析了Mn掺杂对CeO2晶体电子结构的影响,为CeO2材料的掺杂改性研究提供了理论依据.     

CeO2掺杂Mn的密度泛函理论

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对不同Mn掺杂浓度的CeO2晶体结构进行了结构优化,分别计算了体相及掺杂后的晶胞参数,总能量,态密度和能带等.从理论上分析了Mn掺杂对CeO2晶体电子结构的影响,为CeO2材料的掺杂改性研究提供了理论依据.     

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。     

V掺杂ZnO性质的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同浓度的V掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,V的掺杂导致ZnO晶格发生了微小膨胀,禁带宽度变窄,体系引入的杂质能级靠近导带底,费米能级进入了导带并且穿插在杂质能级中,自旋态密度分布具有不对称性,自旋向上的电子数比自旋向下的电子数多,对态密度进行积分后发现V掺杂ZnO体系表现出净磁矩,具有磁性.当V掺杂后,V-3d态电子与O-2p态电子的态密度分布大部分重合,形成了pd杂化.     

实现照明 LED 用 p-ZnO 中 Ag-2N高共掺粒子数分数机理

基于密度泛函理论的第一性原理方法,对六方纤锌矿结构的Zn O晶体,N、Ag分别掺杂Zn O,以及Ag-2N共掺杂Zn O晶体的几何结构分别进行了比较研究,在此基础上计算得到了未掺杂Zn O晶体和不同掺杂情况下Zn O晶体的能带结构、总体态密度、分波态密度和电荷布居数.结果显示:Ag-2N共掺杂Zn O具有较稳定的结构,能有效提高载流子粒子数分数,更容易得到稳定的p型Zn O.     

掺氮3C-SiC电子结构的第一性原理研究

采用广义梯度近似方案处理电子间相互作用的交换关联能量泛函,电子波函数采用平面波基矢展开,并采用超软赝势近似离子实与价电子间相互作用,对掺氮(3×3×3)3C-SiC超晶胞电子结构进行了第一性原理研究．对不同掺氮浓度3C-SiC超晶胞的能带结构和态密度进行计算,结果表明氮原子的2p态和2s态分别占据价带顶和导带底,随着掺杂浓度的增加,导带底和价带顶的位置逐渐向低能端移动,导带底移动速度要大于价带顶,导致禁带宽度减小．     

超软赝势方法对V/TiO2薄膜电子态密度的计算

根据密度泛函理论和＂总体能量—平面波＂超软赝势方法计算了V3＋和V4＋掺杂金红石矿相纳米TiO2的能带结构和电子态密度,分析了V3＋和V4＋掺杂对W/TiO2晶体电子结构和光学吸收带边的影响.还对V3＋和V4＋掺杂的TiO2电子态密度进行了比较分析.     

As代P点缺陷对KDP晶体近紫外光损伤的影响

通过基于第一性原理的CASTEP软件计算发现,KDP晶体中As代P点缺陷的形成能约是4.0 eV,说明晶体中比较容易形成这种点缺陷.通过模拟点缺陷形成前后晶体的电子结构和能态密度发现,As替代P后,晶体能带宽度变为6.2 eV,这有可能会造成晶体对波长为355 nm的双光子吸收.As替代P后,As—O四面体体积增加,有利于金属离子以填隙的方式进入晶体,间接影响晶体光损伤阈值.     

Si掺杂立方HfO_2的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(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了Si掺杂立方HfO2的电子结构及光学性质。计算结果表明,掺杂后立方HfO2的电子结构发生了变化,费米面进入了杂质带,同时由态密度图可知掺杂能级的形成主要是Si的3p轨道的贡献。经带隙校正后,计算了Si掺杂立方HfO2的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括吸收光谱、复介电函数、复折射率、反射光谱、损失函数及复光电导谱。结果表明,由于掺杂能级的出现,导致了立方HfO2吸收带边的红移。     

Nd掺杂对δ-MoN电子结构和输运性质的影响

为了探讨稀土掺杂对材料导电性影响的机理,采用密度泛函理论并结合非平衡格林函数方法,从理论角度研究了Nd掺杂δ-MoN的电子结构与输运性质,分别讨论了Nd取代Wyckoff坐标系中2a位置和6c位置的Mo原子时对δ-MoN导电性的影响.计算并分析了Nd掺杂δ-MoN的能带结构、态密度和伏安特性曲线.电子结构的计算结果表明,Nd掺杂使δ-MoN在费米能级附近的态密度增大,导致费米面电子出现的几率增加;伏安特性曲线显示Nd掺杂体系的电流大于未掺杂体系,说明Nd掺杂增强了δ-MoN的导电性,其中当Nd取代6c位置的Mo原子时δ-MoN的导电性增强较大.     

Mn掺杂GaAs体系的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法,研究了Mn掺杂GaAs体系的电子结构、磁结构及磁性来源.首先,计算研究了GaAs的电子结构,证实其半导体性质;其次,发现Mn掺杂浓度为6.25%的GaAs体系的稳定磁结构为铁磁构型,其态密度仍具有半导体性质,分析其磁性主要来源于Mn原子.     

Cu掺杂AlN的铁磁稳定性的第一性原理计算

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,结合广义梯度近似计算了Cu掺杂AlN的晶格常数、能带结构、电子态密度、铁磁态和反铁磁态的总能量,并通过平均场近似的海森堡模型估算了居里温度Tc。结果表明,Cu掺杂体系的能带结构呈现半金属性,半金属能隙为0.442eV。铁磁性是Cu原子的3d态与其最近邻的N原子的2p态通过p-d杂化作用而稳定的。当两个Cu原子相距最远且自旋平行排列时,体系具有最低的能量,估算出此时的居里温度高于室温,因此Cu掺杂AlN有望作为稀磁半导体材料。     

B掺杂Sr2MgSi2O7电子结构的理论计算

利用基于密度泛函理论的超软赝势方法(PWP),结合局域密度近似(LDA)计算替位式掺杂B的Sr2MgSi2O7的电子结构.预测了B掺杂Sr2MgSi2O7的晶胞参数;对引入杂质前后电子结构的异同以及价键的性质进行了对比分析,结果表明杂质引入后,B所带正电荷为0.89,B-O键键长为1.494 8(A),B-O键表现出共价键性质,能带结构中出现了新的定域能级,态密度出现了新峰,说明B掺杂可以延长余辉时间.     

二氧化铈的电子结构和导电性研究

采用第一性原理赝势平面波方法计算了立方萤石型CeO2的晶体参数.在此基础上,计算了能带结构、总态密度、分波态密度和布居分布,分析了CeO2的的电子结构,研究了其导电性较弱的原因.     

Co掺杂锐钛矿型TiO2可见光催化特性机理研究

基于密度泛函理论的平面波超软赝势,利用第一性原理对锐钛矿型TiO2及Co掺杂体系进行了电子结构和光学特性的模拟计算.结果显示,掺Co:TiO2的带隙降至1.55eV,新杂质能级的出现增强了光催化活性,电子发生跃迁的光波极限波长为800.5nm,相对介电函数虚部整体向低能方向移动,光吸收波长阈值为452.9nm.由此可见,Co掺杂锐钛矿TiO2后,确实改善了其光催化活性,并使受激波长范围由紫外红移至可见光区.     

ZnSe晶体制备的工艺研究

采用X射线衍射仪和扫描电镜，研究分析了环境气氛对以纯Zn和Se为原料制备ZnSe晶体的结构和微观形貌的影响．研究表明，环境气氛不仅影响ZnSe晶体的晶粒尺寸，而且影响其形貌．在真空环境下，ZnSe晶体的晶界面圆滑、没有棱角，晶粒尺寸为7～8μm；在Ar气环境下，ZnSe晶体有明显的棱角，晶粒尺寸为10～11μm．环境气氛对ZnSe晶体的结构不产生影响，两种环境下制备出的ZnSe晶体均为面心立方结构．     

Ga掺杂改性ZnO(001)面对CO气敏机理的第一性原理计算

针对目前在理论上还未能解释清楚的ZnO的气敏机理问题,基于第一性原理结合Castep软件包研究了本征ZnO和Ga掺杂改性ZnO(001)面吸附CO分子后的电子结构和能带结构.研究结果表明:掺杂Ga后ZnO的(001)面的总电子态密度分布与掺杂前类似,带隙中未出现其他的电子态,但掺杂后ZnO表面CO吸附前后的电子态密度发生了显著的变化,价带和导带之间的间隙变小,费米能级进入导带.在此基础上,对Ga掺杂改性ZnO(001)面对CO的气敏机理进行了理论解释.     

LiFePO_4锂离子脱嵌过程第一性原理研究

采用第一性原理方法对LiFePO_4及微量Cr掺杂LiFePO_4的电子结构和性质进行了理论研究。结果发现:随着Li原子的脱出,形成空位后的Fe—O键变长,扩宽了Li原子传输通道,有利于Li原子在通道中的迁移。不同点缺陷浓度LiFePO_4的态密度分析表明,充放电过程中电子结构发生了微小的变化,但晶体仍然保持了绝缘体性质。当完全脱锂后,费米能级附近的能级态主要是由Fe和微弱的O组成。掺杂微量的Cr后,费米能级处电子态增多,导电性能增强,LiFePO_4的电化学性能得到改善。