Cr掺杂AlN半导体电磁性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)下分别计算了无掺杂和掺杂过渡金属Cr原子的AlN半导体的电磁性质,结果表明,掺杂后AlN由半导体转变为半金属,并具有较宽的半金属能隙.当掺杂浓度为25%、12.5%、5.6%时,半金属能隙分别为0.8eV、1.1eV、1.2eV.以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例,详细分析了其能带结构、态密度分布和电子布居数以及磁矩等.     

Fe掺杂BaTiO3的第一性原理研究

基于密度泛函理论的全势缀加平面波十局域轨道方法,对Fe掺杂BaTiO3的电子结构进行了计算,研究了Fe掺杂BaTiO3的铁磁性.在BaTiO3陶瓷材料中掺杂适量铁元素,不仅可以改善材料的介电性质,又能赋予材料复合性质,可使材料产生新的功能特性—铁磁性.为研究其微观机制,计算了纯BaTiO3的电子结构,超胞体系BaTi0.5Fe0.5O3的电子结构,计算结果表明由于Fe的掺杂使材料具有了磁性,从Fe和O的态密度图比较能够看出Fe的3d电子和O的2p电子存在轨道杂化现象,表明共价键、离子键共存.     

Ag-O-N共掺杂闪锌矿ZnS光催化性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法计算比较了Ag、O和N单掺杂、Ag-O和Ag-N二元掺杂以及Ag-O-N三元共掺杂闪锌矿ZnS的晶型结构、电荷分布、能带和态密度以及光学特性.N、O对晶格结构的影响大于Ag,结构优化和电荷分布结果显示晶格畸变随着掺杂组分的增多不断增大.形成能计算表明,N最易掺杂,组分越多,掺杂越难实现.Ag、O和N各组分掺杂ZnS后能带间隙均有所减小,Ag、N掺杂ZnS更有利于价带顶上移,部分能带越过费米能级,形成电子跃迁的过渡能级,有利于光催化反应.Ag-O-N三元掺杂ZnS后在可见光区的吸收峰最大,有利于提高ZnS对可见光的利用率.     

Al掺杂CeO2体系结构和电子性质的第一性原理研究

CeO2因具有较高的储氧/释氧能力、较强的氧化-还原性能,受到人们极大关注,并在工业催化领域其有重要应用.杂质对CeO2性能具有重要影响,用基于密度泛函理论的第一性原理方法和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,计算并分析了金属Al掺杂对CeO2原子结构、电子结构和化学特性的影响.在计算中,用DFT+U方法描述Ce 4f电子的强关联效应,用基于GGA的PAW势描述芯电子与价电子的相互作用.计算结果表明,Al掺杂降低还原能,使形成氧空位更容易,并从原子结构和电子结构等方面对掺杂降低还原能的机理进行了分析.     

Au-N共掺杂ZnO电子结构和光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波超软赝势法,结合广义梯度近似(GGA)研究了Au、N共掺杂纤锌矿ZnO的能带结构、电子态密度,以及复介电函数、光学吸收等光学性质,并与本征ZnO和N掺杂ZnO情况进行了对比.计算结果表明Au、N共掺杂ZnO仍是直接带隙半导体材料,掺杂后ZnO的带隙收缩,价带展宽.在价带顶电子密度分布较N掺杂ZnO情况的局域性减弱,更有利于获得p型ZnO.与未掺杂ZnO相比,介电函数和吸收系数在可见和紫外区域得到显著增强.     

In-As共掺杂GaSb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波超软赝势法,计算未掺杂,In、As单掺及In-As共掺GaSb的晶格参数、能带结构、态密度和吸收光谱。结果表明:掺杂后GaSb晶格发生畸变,As单掺GaSb的晶格常数增大,带隙减小,导致吸收光谱蓝移;而In单掺和In-As共掺GaSb晶格常数变大,且禁带宽度均减小,致使吸收光谱红移,这也是实验上造成掺杂GaSb热光伏电池吸收光谱扩展的原因。     

过渡金属Fe、Co掺杂二维CuI的第一性原理计算

基于第一性原理计算,利用OTFG方法计算了本征2D CuI、Fe以及Co掺杂后2D CuI的几何结构以及光电特性.计算结果表明2D CuI的能带结构带隙值为1.61 eV;Co掺杂在2D CuI中引入了两条浅施主能级以及两条深施主能级,从而增加了载流子的浓度;Fe掺杂后引入了2条施主能级,这意味着Fe掺杂不影响2D C...     

Fe、Co和Ni掺杂LiBH4放氢性能的第一性原理研究

本工作旨在借助基于密度泛函理论的第一性原理计算来考察过渡金属元素Fe、Co、Ni掺杂LiBH_4的放氢性能。研究表明,Fe、Co、Ni掺杂有效提高了LiBH_4的放氢能力,这与掺杂体系B-H共价作用及Li-B/H离子作用的减弱,尤其是Fe/Co/Ni-B键的形成有关。体系Li7MB8H_32(M=Li、Fe、Co、Ni)的氢解离能与中心金属M的电负性负相关,即金属M的电负性越高,体系的氢解离能越小。与Fe、Co掺杂体系相比,具有较低金属占位能及较小氢解离能的Ni掺杂体系表现出良好的放氢特性。本研究从模拟计算的角度证实,利用高电负性金属(相对Li)与LiBH_4复合是实现LiBH_4"失稳"的一种有效方式。     

非金属掺杂二维ZnS的磁性和光学性质的第一性原理研究

采用自旋极化密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了非金属元素(B-F、Si-Cl、As-Br和I)替位掺杂对二维ZnS的能带、态密度和光学性质的影响。计算结果显示:C、N、P、As原子掺杂可以诱导出ZnS的磁性,其磁性主要来源于掺杂原子最外层未被抵消的电子所产生的自旋磁矩。进一步研究两种非金属原子掺杂单层ZnS的磁耦合发现,C_2构型最为稳定,C和N掺杂的体系呈现顺磁性,而As和P掺杂的体系呈现反铁磁性。此外,非金属元素C、N、P、As的掺杂也会影响二维ZnS的光学性质,使其光吸收峰在高能区域出现蓝移,并在低能区域产生新的吸收峰,增强了二维ZnS在红外区的光吸收能力。     

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。     

Bi掺杂BaTiO3陶瓷缺陷性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算了Bi掺杂BaTiO3陶瓷3种不同的晶格缺陷结构,分别为单独的BiBa掺杂缺陷模式(BTB模型),1个BiBa掺杂缺陷与1个VBa钡空位同时存在(BTB1模型),符合化学计量比的BiBa掺杂缺陷与VBa钡空位缺陷模式(BTB2模型)。BTB模型显示缺陷结构是由施主掺杂机制控制的,Bi与周围的O原子形成典型的离子键,Ti 4+被还原成Ti 3+。在BTB1模型中钡空位的存在则影响了Bi在晶格中与O的相互作用,Bi偏离初始的中心位置,与邻近的3个氧原子形成了弱的共价键,而正是由于这些弱的共价键导致缺陷附近的[TiO6]八面体产生较大畸变,削弱了Ti 4+的极化能力,使缺陷附近的[TiO6]八面体极化能力减弱,此时缺陷结构是由Ba2+离子空位补偿机制控制的。而BTB2模型可以看成是BTB模型与BTB1模型的叠加,因此缺陷结构是由施主掺杂机制与Ba2+离子空位补偿机制共同控制的。     

Ca掺杂纤锌矿ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理的超软赝势方法,对ZnO、Ca掺杂ZnO的电子结构和光学性质进行了研究。结果表明,能隙宽度随掺杂浓度的增大而增大;掺杂后ZnO的光学性质发生了一些变化,静态介电常数总趋势随着掺杂浓度的增大而减小;与纯ZnO吸收谱相比,Ca掺杂后出现了新吸收峰,吸收边发生蓝移,介电函数虚部也出现了新波峰。     

Gd掺杂锐钛矿型二氧化钛的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法并选择GGA水平上的PW91相关能泛函,模拟计算了Gd掺杂前后锐钛矿型TiO2的几何结构、能带结构、态密度和光吸收系数,并与实验结果进行比较。结果表明:Gd掺杂锐钛矿型TiO2晶体后,对称性不变,晶格常数变大,价带顶部主要由O-2p和Gd-4f轨道上的电子共同构成,导带底部主要由Ti-3d轨道上的电子构成;主要由于价带上移使得禁带宽度(Eg)变小,TiO2吸收带边红移,可见光区的光吸收强度增加。可见,Gd掺杂有助于提高TiO2催化剂的光催化活性,扩展其光响应范围。     

Al掺杂锐钛矿型二氧化钛的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的平面波超软赝势(PWPP)方法,模拟计算了Al掺杂前后锐钛矿相二氧化钛的几何结构、能带结构、态密度分布、光吸收系数等,并与实验结果进行比较。结果表明:高浓度的Al原子掺杂使其禁带宽度变小,光吸收强度显著增强,其电子迁移率、电导率均有所改变。这对半导体内电子和空穴的捕获以及抑制电子/空穴的复合起到了很好的作用。     

Cd-O共掺杂ZnTe第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法计算了未掺杂,Cd、O单掺杂及Cd-O共掺杂ZnTe的几何结构、能带结构、态密度分布、光吸收谱和介电常数等性质。结果表明:掺杂后的ZnTe晶格常数发生变化,其中Cd掺杂的ZnTe晶格失配最大;三种掺杂均使ZnTe禁带宽度减小,并引入杂质能级,其中O掺杂和Cd-O共掺杂的ZnTe的禁带宽度变化较为明显,同时掺杂后ZnTe吸收带边出现不同程度的红移。     

S掺杂CeO_2的第一性原理计算

为了探究S杂质对CeO_2体系的影响机理,采用基于密度泛函理论的第一性原理,通过S原子代替O原子建立同等条件下不同浓度的CeO_(2-x)S_x模型,并对CeO_2的晶体结构进行优化,计算并分析体系的几何结构、能带结构、态密度和光学特性。结果表明:S掺杂后CeO_2的晶格常数发生改变;S掺杂使体系的导带和价带均向低能方向移动,随着掺杂浓度的增大,禁带宽度先减小后增大,并在禁带中引入3条杂质能级;CeO_2吸收边红移,并且随着掺杂浓度的增大,对可见光的吸收增强,对紫外光的吸收减弱。     

钕掺杂锐钛矿二氧化钛的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理平面波赝势方法（PWPP）,使用Material studio4．3中的CASTEP软件对钕掺杂锐钛矿二氧化钛进行第一性原理计算,讨论了钕掺杂对锐钛矿晶体结构、能隙、态密度等的影响。结果显示,钕掺杂可以使晶体的禁带宽度减小,有效提高了锐钛矿二氧化钛的光催化活性。     

In-Ga共掺杂ZnO的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究本征ZnO、In和Ga分别单掺杂及In-Ga共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。结果表明:In掺杂的ZnO晶胞体积减小,Ga掺杂的ZnO晶胞体积增大,In-Ga共掺杂的ZnO晶胞体积增大是由掺入的Ga决定的;在ZnO禁带中引入杂质能级,禁带宽度变小,导电能力提高;In-Ga共掺杂后,ZnO吸收带边红移,在波长为302.3~766.8 nm的可见光范围内吸收减弱。     

钕掺杂锐钛矿二氧化钛的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波赝势方法(PWPP),使用Material studio 4.3中的CASTEP软件对钕掺杂锐钛矿二氧化钛进行第一性原理计算,讨论了钕掺杂对锐钛矿晶体结构、能隙、态密度等的影响。结果显示,钕掺杂可以使晶体的禁带宽度减小,有效提高了锐钛矿二氧化钛的光催化活性。