First-Principles Investigation on Electronic Structure and Optical Properties of Wurtzite InxGa1-xN Alloys

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,研究In掺杂对纤锌矿InxGa1-xN合金的晶格常数、能带结构、态密度和光学性质的影响。计算结果表明：随着In掺杂浓度的增加,晶格常数逐渐增大,导带向低能方向移动,带隙变窄;与此同时,介电函数向低能方向发生了漂移,发生了红移现象。在2.0 eV附近出现了第一个介电峰,在4.76 eV附近出现了最大的介电峰。在大约5.6 eV和9.2 eV处有两个交叉点,当光子能量低于5.6或者高于9.2 eV,低掺杂浓度(小于50%)的吸收系数小于高掺杂浓度的吸收系数;当光子能量在5.6到9.2 eV之间,低掺杂浓度的吸收系数高于高掺杂浓度的吸收系数。研究结果表明InxGa1-xN合金可以作为太阳能电池以及透明导电薄膜的材料     

Mg掺杂In_xGa_(1-x)N薄膜的磁控溅射法制备和表征（英文）

采用磁控溅射法,用In_2O_3靶、Ga_2O_3靶、Mg靶在Si片上制备出In_xGa_(1-x)N薄膜和Mg掺杂的In_xGa_(1-x)N薄膜。薄膜中的In组分随着Mg的掺杂而减少,因为Mg的掺杂抑制了In-N键的形成,并增加了Ga进入薄膜的机会。通过EDS对Mg掺杂的In_xGa_(1-x)N薄膜的分析表明,有1.4%的Mg组分被成功地掺入In_xGa_(1-x)N薄膜。电学性能分析表明In_(0.84)Ga_(0.16)N和Mg掺杂的In_(0.1)Ga_(0.9)N薄膜导电类型由n型转变为p型,而且Mg掺杂的In_(0.1)Ga_(0.9)N薄膜的空穴浓度和电子迁移率分别为2.65×10~(18) cm~(-3)和3.9 cm~2/(V·s)。     

ZnRh_2O_4电子结构与光学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函第一性原理的GGA方法,研究ZnRh2O4的电子结构和光学性质。计算结果表明:ZnRh2O4具有明显的半导体能带结构特征,其带隙宽度为1.084eV,且在费米能级附近的态主要由Rh的4d态构成。ZnRh2O4的静态介电常数为8.215,静态折射率为2.866,介电函数吸收边位于1.0eV附近。在能量为0～8.44eV区域,ZnRh2O4的反射系数随着能量的升高而逐渐增大;随后随能量的增大而逐渐减小;在能量为11.98eV时,达到极小值,然后随能量的增大,再次逐渐增大;在能量为13.762eV时,再次达极大值,随后反射系数陡降;ZnRh2O4的吸收系数的数量级达105cm-1,且吸收主要发生在低能区,其电子能量损失谱的共振峰在14.226eV处,与此能量时反射系数的陡降相对应。     

Cu、Ni掺杂FeS_2电子结构与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平面波超软赝势法,研究Cu、Ni单掺杂与共掺杂体系中FeS_2的晶体结构、电子结构和光学性质。结果表明:掺杂后黄铁矿发生晶格畸变,晶格常数变大,掺杂在FeS_2禁带中引入杂质能级,使禁带变窄,费米能级上移进入导带,掺杂黄铁矿的态密度穿过费米能级,形成简并半导体,体系的导电率增强。光学性质计算表明:掺杂后介电函数虚部主峰、吸收系数和光电导率均出现红移、峰值减小。共掺杂后的光跃迁强度明显增强,可见光区范围内的光吸收系数和光电导率均增大,说明Cu-Ni共掺杂显著增强FeS_2对光的吸收以及光电转换效率。     

Si掺杂正交相SrHfO_3电子结构与光学性质的第一性原理计算（英文）

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了正交相SrHfO3和以Si替换Hf方式形成的掺杂态SrHfO3的形成能,几何结构,电子结构和光学性质。负的形成能表明在由单元素形成Si掺杂态的SrHfO3的反应中,Si占居Hf位置与Sr位置两种情况在能量上是有利的,并且Si原子更加倾向于占居Hf位置。纯的SrHfO3计算得到的晶格常数与文献报道的实验值和理论值是一致的,而Si占居Hf位置后会导致SrHfO3的晶格常数减小。能带结构显示在掺入Si原子后会使带隙变小。布居分析与电荷密度图一致,说明在Hf位置掺入Si后掺杂位置附近的Hf-O键以共价键为主,Sr-O键以离子键为主。最后,对Si掺杂后SrHfO3在(100)方向上的介电常数、反射率、吸收系数、折射率进行了计算与分析。     

In掺杂对Cd_(0.8)Mn_(0.2)Te巨法拉第效应的影响

常温下测量了Cd0.8Mn0.2Te晶片和多个掺In浓度不同的Cd0.8Mn0.2Te（以下简称Cd0.8Mn0.2Te：In）晶片的法拉第旋转谱和吸收边附近的透射光谱。结果表明,随着入射光子能量的增大,Cd0.8Mn0.2Te和Cd0.8Mn0.2Te：In的Verdet常数随之增大。掺In晶片的Verdet常数的变化与掺杂浓度有关：当光子能量在1．63～1．72eV范围内逐渐增加时,未掺In的测量值的变化范围是710～1820（°）／cm·T;当In浓度为8．96×10^16 atoms／cm^3时,Verdet常数增大到720-1960（°）／cm·T：当In浓度n分别为2．39×10^17,4．48×10^18 atoms／cm^3时,Verdet常数分别减小到660～1630,490-1090（°）／cm·T;当In浓度达到2．99×10^19 atoms／cm^3时,在1．63～1．70eV的光子能量范围内,Verdet常数减小到460～740（°）／cm·T。低掺In条件下,Verdet常数的增大是由于价带电子数增多,价带类P电子与Mn^2＋离子3d电子交换相互作用增强引起的;在高掺In量下,由于导带类s电子与Mn^2＋离子3d电子交换相互作用增强,导带能级分裂进一步减小,导致Cd0.8Mn0.2Te：In的Verdet常数减小。     

单层MoS2的电子结构及光学性质

基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法计算和分析了单层MoS2的电子结构及其光学性质,得到了单层MoS2的能带结构、电子态密度、光吸收谱、反射谱、能量损失谱、光学常数谱和介电函数谱。计算结果显示：单层MoS2具有直接带隙能带结构,禁带宽度为1.726 eV;同时发现,单层MoS2对可见到紫外区域的光子具有很强的吸收,最大吸收系数为1.98′105 cm-1。分析表明,单层MoS2适合被用于制作微电子和光电子器件,尤其是在紫外探测器应用方面具有潜在的应用前景     

First-Principles Calculations of Electronic Structure and Optical Properties of Si-doped Orthorhombic SrHfO3

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了正交相SrHfO3和以Si替换Hf方式形成的掺杂态SrHfO3的形成能,几何结构,电子结构和光学性质。负的形成能表明在由单元素形成Si掺杂态的SrHfO3的反应中,Si占居Hf位置与Sr位置两种情况在能量上是有利的,并且Si原子更加倾向于占居Hf位置。纯的SrHfO3计算得到的晶格常数与文献报道的实验值和理论值是一致的,而Si占居Hf位置后会导致SrHfO3的晶格常数减小。能带结构显示在掺入Si原子后会使带隙变小。布居分析与电荷密度图一致,说明在Hf位置掺入Si后掺杂位置附近的Hf-O键以共价键为主,Sr-O键以离子键为主。最后,对Si掺杂后SrHfO3在(100)方向上的介电常数、反射率、吸收系数、折射率进行了计算与分析。     

Mo掺杂对TiAl合金物性影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了金属元素Mo掺杂对TiAl合金体系力学性能的影响。根据计算得到的不同浓度掺杂体系的晶格常数、弹性常数、体弹模量及剪切模量发现,Mo掺杂能较好地改善TiAl合金的延性。从Mo掺杂后TiAl体系的分波电子态密度和电荷密度图,发现Ti原子的s、p、d电子均与邻近的Mo原子发生强烈的s-s、p-p、d-d电子相互作用,有效地束缚了合金中Ti和Al原子的迁移,有助于提高合金的稳定性和强度。     

Ga1-ＸTiＸSb(Ｘ= 0.25, 0.50, 0.75)电学、磁学及光学性质的第一性原理研究

直接带隙半导体锑化镓（GaSb）凭借其优异的性能在光纤通信、光电器件等领域具有应用价值。为了探索GaSb在光电器件中及新的自旋电子学材料的潜在应用,采用第一性原理计算了不同Ti掺杂浓度的GaSb（Ga1-xTixSb,其中X为Ti原子的掺杂浓度百分比）的电学、磁学及光学性质。计算结果表明：Ga1-xTixSb的能带结构和态密度在费米能级附近产生自旋劈裂并形成净磁矩,使Ga1-xTixSb(X=0.25, 0.50, 0.75)分别表现为半金属铁磁体、稀磁半导体、磁性金属。Ga1-xTixSb优化后晶格常数变大;Ga1-xTixSb的折射率、反射率、吸收系数发生红移且在中远红外波段光吸收系数高于GaSb;Ga1-xTixSb随着Ti掺杂浓度的增加对中远红外波段光子的吸收效果变得更好。计算结果为拓展GaSb基半导体材料在红外探测器、红外半导体激光器等领域的应用以及新的自旋电子学材料的发现提供理论参考。     

Cu离子掺杂对Ni-Zn铁氧体结构和介电性能的影响（英文）

通过传统的陶瓷制备工艺制备了一系列Cu掺杂的Ni_(0.5-x)Cu_xZn_(0.5)Fe_2O_4(x=0.12,0.16,0.20,0.24,0.28)尖晶石铁氧体,研究Cu离子掺杂对其结构和介电性质的影响。XRD结果表明所有样品均生成了单一的立方尖晶石结构,并且晶格常数随着Cu掺入量的增加而增加。通过扫描电镜观察到位于晶界处的白色颗粒为富Cu相。介电常数随频率变化曲线显示出尖晶石铁氧体典型的介电行为。但介电损耗随频率变化曲线则表现异常,所有的Cu掺杂Ni-Zn铁氧体样品在某一频率下都表现出损耗峰。由于单位体积内Fe~(2+)/Fe~(3+)之间跃迁的电子数目减少,x=0.2的样品电阻率最大,而介电常数和介电损耗则最小。     

Ti合金化Mg2Ni氢化物能量和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算Ti掺杂Mg2Ni储氢合金及其氢化物的能量和电子结构。计算结果表明:在掺杂浓度为0≤x≤0.5的情况下,Ti优先占据Mg(II)位,Ti的掺杂使Mg2Ni合金稳定性降低,且随着掺杂浓度的升高,对稳定性的削弱效果逐渐增强。六方结构的固溶体合金Mg(2-x)TixNi(0≤x≤0.5)相对于立方结构的Mg3TiNi2化合物呈现热力学不稳定性,极易分解为Mg3TiNi2和Mg2Ni组成的复合相。Ti的掺杂使低能级区域的成键电子数减少,削弱了H-Ni的成键作用,提高了Mg2Ni氢化物的解氢能力。     

CuO掺杂(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3无铅压电陶瓷的研究

用传统固相反应法在不同温度下烧结制备了不同含量CuO掺杂的0.45(Ba0.7Ca0.3)TiO3-0.55Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(BCZT45)无铅压电陶瓷,研究了CuO掺杂对BCZT45陶瓷微观形貌、相结构、介电和压电性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明所有陶瓷均形成了钙钛矿结构,Cu2+固溶进入BCZT45晶格,Cu2+部分取代Ti4+引起晶格畸变。加入CuO改善了BCZT45陶瓷的烧结性能,降低了烧结温度,使陶瓷在1350℃即可烧结,提高了陶瓷密度。随着CuO含量的增加,陶瓷的介温曲线向低温方向移动。掺杂少量CuO后,BCZT45陶瓷的压电常数增大,随着CuO掺杂量的增加又急剧降低。掺杂CuO含量为0.25mol%的BCZT45陶瓷具有最好的电学性能:压电常数d33=340pC/N,室温介电常数εr=3147,介电损耗tanδ=0.025。     

三元Stannide相窄带隙半导体Na_2MgSn的第一性原理计算(英文)

利用基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)研究Na_2MgSn的电子结构、化学键、弹性和光学性质。能带结构显示Na_2MgSn为间接带隙材料,带隙宽度为0.126 eV;态密度和分态密度计算结果表明,费米能级附近的态密度主要来自Na、Mg和Sn的p态电子;布居分析表明Na_2MgSn中的化学键具有以共价性为主的混合离子-共价特征。计算得到Na_2MgSn的晶格参数、体模量、剪切模量和单晶的弹性常数,由此导出弹性模量和泊松比。结果表明,Na_2MgSn是力学稳定的,且具有一定的脆性。光学函数表明Na_2MgSn是好的介电材料,反射谱在6.24~10.29 eV的能量范围内,Na_2MgSn是较好的被覆材料。     

Mg_(1-x)Zn_x合金的弹性和热力学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论及密度泛函微扰理论为基础的第一性原理计算,采用虚晶近似的方法,研究了具有hcp结构且Zn含量在2%(原子分数)范围内的8种Mg_(1-x)Zn_x合金的晶格常数、弹性性质和热力学性质。通过优化结构计算Mg和Zn含量不同的Mg_(1-x)Zn_x合金弹性常数,对Young's模量、Poisson比、弹性各向异性等进行了详细分析,给出了Mg及Mg_(1-x)Zn_x合金的晶格振动Helmholtz自由能、内能、熵和定容热容等随温度变化情况。结果表明,随着Zn含量增加晶格常数a和c均相应减小,弹性常数、自由能和内能增大,熵及定容热容减小;另一方面,随温度升高,Zn含量对自由能和熵的影响程度增大,而对定容热容的影响程度先增大后减小。Mg_(1-x)Zn_x合金中Zn含量的增加有利于提高材料硬度和韧性,但也增大了材料的各向异性。     

Ti及氢化物几何与电子结构的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的总体能量平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),对hcp结构的Ti及Ti-H体系超原胞进行第一性原理计算,获得该体系结构的晶格常数、总体能量、能带结构、态密度以及Mulliken布居数等参数.结果表明:Ti晶胞中引入H原子后,晶体杂质形成能降低,晶胞体积发生膨胀,且随氢含量增加,晶胞晶格畸变程度越大,体积增加越明显;从能带结构、电子态密度分布及布居电荷变化可知,加入H后晶胞中储存H的八面体原子间大部分Ti-Ti键增强,费米面向低能方向移动,合金活性得到改善,发生转移的电子主要以TiP轨道电子为主.     

Cr掺杂SnS_2纳米花的微观结构与光学性能

以曲拉通为修饰剂,通过水热法合成花状Sn_(1-x)Cr_xS_2纳米晶(x=0、0.01、0.03、0.05和0.07),研究Cr掺杂浓度对样品的晶体结构、形貌和光学性能的影响。XRD、EDS和XPS结果表明,所有样品具有结晶良好的六方纤锌矿结构,Cr~(3+)以替代Sn~(4+)的形式掺杂进入到SnS_2晶格中。随着Cr掺杂量的增加,晶格常数发生膨胀。紫外可见吸收光谱(UV-vis)发现掺杂样品的光学带隙发生蓝移现象。傅里叶红外光谱(FT-IR)的吸收峰位并没有随着掺杂浓度的增加而发生变化。掺杂SnS_2样品的光致发光(PL)谱图出现紫光、蓝光、黄光和红光4个发光峰。随着掺杂浓度增加,发光强度呈现明显的减小趋势,以纳米花Sn_(0.95)Cr_(0.05)S_2样品的最低。色度图CIE表明,Sn_(1-x)Cr_xS_2样品显示黄色荧光发光。     

溶胶-凝胶法制备的Zn_(1-x)Co_xO晶体粉末的结构和磁性行为

利用溶胶凝胶法制备了Zn_(1-x)Co_xO(x=0.01-0.05,原子分数)纳米晶体粉末,利用XRD,TEM和SEM对其结构、结晶状态、形貌和成分进行了表征和分析.结果表明,所有样品均由尺寸约为100 nm的晶体颗粒组成,Zn_(1-x)Co_xO的晶格常数均比未掺杂的ZnO晶格常数小,且保持了单一纤锌矿ZnO结构,实际掺杂浓度与名义掺杂浓度基本匹配.振动样品磁强计测试结果显示,所有样品都具有室温铁磁性.结合微结构,确定该铁磁性为材料的本征属性,并推断O空位是铁磁交换作用的媒介,晶粒度的大小也影响了样品的磁性行为.     

BCC结构Nb-Mo合金系的特征原子序列及无序合金的性质(英文)

根据系统合金科学的思想,结合实验晶格常数和生成热,综合考虑合金能量、体积、原子状态之间的相互关系,确定BCC结构Nb-Mo合金系的相互作用方程为第9方程;同时,确定Nb-Mo合金系中Nb和Mo特征原子序列和特征晶体序列的基本信息;根据无序合金的特征原子浓度计算了无序Nb(1-x)Mox合金的电子结构和物理性质,其物理性质的变化趋势与电子结构的变化极其一致。     

Cu掺杂6000系铝合金中β?相的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法和广义梯度近似,研究Cu掺杂对6000系铝合金中主要强化相β"相(Mg_5Al_2Si_4)的几何结构、相稳定性和电子结构的影响。结果表明:β"相的晶胞参数与文献报道相符。掺杂Cu后体系的晶胞形状发生微小变形且体积减小,而不同掺杂浓度和掺杂位置对掺Cu结构Mg_(5-x)Al_(2-y)Si_4Cu_(x+y)的几何性质影响不同,进而影响β"相和Al基体之间的晶格错配度;Cu既替代Mg1又替代Al原子和Cu只替代Al原子的结构在合金中更容易形成,而Cu只替代Mg1原子的结构在合金中不易形成,该计算结果与实验报道相符。电子结构分析表明,掺杂Cu后形成的Mg_(5-x)Al_(2-y)Si_4Cu_(x+y)相结构的稳定性和体系在费米能级附近的赝能隙密切相关。