ZnO(000)表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱(angle-resolved photoeletron spectroscopy,ARPES)并结合全势缀加平面波(full potential linearized augmented plane waves,FPLAPW)理论计算方法研究了ZnO(000(-1))表面的价带电子结构及能带色散.通过垂直出射的ARPES得到ZnO体态沿ΓA方向的能带结构并确定了两个表面态,实验结果与理论计算结果较为一致.利用非垂直出射的ARPES得到这两个表面态沿(-Γ)(-KM)方向的二维能带色散.     

ZnO(000(-1))表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱（angle-resolved photoeletron spectroscopy,ARPES）并结合全势缀加平面波（full potential linearized augmented plane waves, FPLAPW）理论计算方法研究了ZnO（0001^-）表面的价带电子结构及能带色散．通过垂直出射的ARPES得到ZnO体态沿ГA方向的能带结构并确定了两个表面态，实验结果与理论计算结果较为一致．利用非垂直出射的ARPES得到这两个表面态沿Г^- KM^-方向的二维能带色散．     

紧束缚方法计算Ⅲ-Ⅴ族半导体(311)B表面电子结构

本文用紧束缚方法计算了Ⅲ-Ⅴ半导体化合物GaP、GaAs、AlAs和InAs(311)B表面的表面电子结构.半导体材料的体电子结构采用考虑次近邻相互作用的sp3模型描述,表面电子结构通过求解形式散射理论的格林函数方程得到.我们给出了四种半导体材料的表面投影能带结构和与它们相对应的各个表面态,讨论了各个表面态沿表面布里渊区高对称线Γ-Y-S-X-Γ的色散关系.通过比较给出了Ⅲ-Ⅴ半导体化合物GaP、GaAs、AlAs和InAs等(311)B表面共同的表面电子结构特征.     

Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物(311)A表面的电子结构特征

在考虑最近邻、次近邻相互作用的SP3模型基础上,采用形式散射理论的格林函数方法计算了Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物GaAs、InSb、InAs和GaP的(311)A表面的电子结构,给出了以上半导体材料体能带的表面投影能带结构,并给出了GaAs的(311)A表面的层态密度函数,分析了各表面态沿表面布里渊区高对称线的色散特性和(311)A表面的共同电子结构特征,计算结果与实验结果基本一致.     

GaAs(114)A表面投影能带和表面态分析

基于GaAs(114)A表面的几何结构，采用散射理论的格林函数方法，首次从理论上计算了GaAs（114）A表面的电子结构，得到了该表面的投影能带结构，并从键合结构上分析了各表面态的轨道特征和色散特性，结果表明，在基本带隙中有4个表面态，异极带隙中有2个表面态，这些表面态分别与表面的离子悬挂键相对应。     

紧束缚方法计算Ⅲ-V族半导体(311)B表面电子结构

本文用紧束缚方法计算了Ⅲ V半导体化合物GaP、GaAs、AlAs和InAs(311)B表面的表面电子结构 .半导体材料的体电子结构采用考虑次近邻相互作用的sp3 模型描述 ,表面电子结构通过求解形式散射理论的格林函数方程得到 .我们给出了四种半导体材料的表面投影能带结构和与它们相对应的各个表面态 ,讨论了各个表面态沿表面布里渊区高对称线Г Y S X Г的色散关系 .通过比较给出了Ⅲ V半导体化合物GaP、GaAs、AlAs和InAs等 (311)B表面共同的表面电子结构特征     

二维双原子正方晶格振动的色散关系

利用晶格动力学理论推导了二维双原子正方晶格振动的色散关系表达式,得到第一布里渊区中沿Γ-X、Γ-M和X-M 3种对称方向的声子色散曲线,每一对称方向有四支格波,即两支声学波和两支光学波.讨论了原子质量和次近邻原子间作用对色散关系的影响,结果表明:当两原子质量相等时,3个对称方向的声学波与光学波间无频隙;当两原子质量不等时,声学波与光学波间出现频隙.计及次近邻原子间作用,对Γ点声子频率的大小和简并不影响,两声学模频率为零、两光学模频率简并;对X点声子频率的简并也无影响,但相应频率增大;使M点声子频率的简并度降低,高频声学和光学声子的频率增大,而低频声学和光学声子的频率不变;沿Γ-X方向四支格波仍是非简并的,对应的频率增大,但都表现出色散性;沿Γ-M和X-M方向简并格波的简并度消失,除Γ-M方向低频声学支和光学支频率不变之外,其他格波声子的频率都增大,并且四支格波都表现出色散性.     

VO2金属-绝缘结构相变第一性原理研究

基于密度泛函理论和密度泛函微扰理论的第一性原理计算了R相和M1相VO2的电子能带结构和声子色散关系.计算发现:R相VO2的金属性主要来自于未满的t2g轨道中能量最低的3条轨道,当温度低于340 K时,由于V原子链的二聚化和扭曲作用使M1相中的2条t2g轨道降至费米能级以下,从而使M1相表现出半导体特性;在VO2的声子色散谱中沿ΓM和ΓZ方向出现了明显的声子软模,导致这一软模出现的原因是晶体中的电-声相互作用;因此,电-声相互作用是导致VO2金属-绝缘结构相变的直接原因.     

VO2金属-绝缘结构相变第一性原理研究

基于密度泛函理论和密度泛函微扰理论的第一性原理计算了R相和M1相VO2的电子能带结构和声子色散关系.计算发现：R相VO2的金属性主要来自于未满的t2g轨道中能量最低的3条轨道,当温度低于340 K时,由于V原子链的二聚化和扭曲作用使M1相中的2条t2g轨道降至费米能级以下,从而使M1相表现出半导体特性;在VO2的声子色散谱中沿ΓM和ΓZ方向出现了明显的声子软模,导致这一软模出现的原因是晶体中的电-声相互作用;因此,电-声相互作用是导致VO2金属-绝缘结构相变的直接原因.     

3C-SiC的能带结构和光学函数的第一性原理计算

利用从头计算的全势缀加平面波理论方法研究了3C-SiC的能带结构和基本的光学函数，得到了Si、C分波态密度和能带结构．介电函数的虚部由能带结构的计算直接得到．经带隙校正后，由Kramers—Kronic（K—K）色散关系计算了介电函数的实部．由得到的介电函数计算了折射率、消光系数和反射率．经比较，计算的结果与已有的实验数据基本相符．     

Si（313）表面电子结构特性的理论研究

利用形式散射理论的格林函数方法及紧束缚最近邻近似下的sp3s模型，首次计算了半导体Si的（313）高指数表面的表面电子结构.采用层轨道表象及表面投影技术，给出了（313）表面在二维布里渊区高对称点的波矢可分辨的电子态密度和表面投影能带结构.计算结果表明（313）表面在-10eV到+2eV的能区内存在6个主要的表面态.在此基础上讨论了各表面态的色散特性、轨道特性和局域特性等.     

氨基硼烷低温电子结构和动力学的第一性原理研究

采用基本第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,研究并计算了低温相正交结构的氨基硼烷(NH3BH3)的晶格参数,电子结构,动力学性质.能带结构显示它是一种间接带隙的绝缘体材料,禁带宽度为5.7eV;从电子总态密度和分波态密度图中,可以分析出原子在不同能量范围,其价电子的相互作用情况；最后,利用群论和线性响应理论,分析和计算出了氨基硼烷的声子振动表示,并分析和归属了其Γ点的振动频率和振动模式,与其他的实验已经标示的振动频率对比,并预测了一些未观测到的频率值.     

ReB2电子结构性质的第一性原理计算

利用全势线性缀加平面波方法计算ReB2的体模量、价电荷态密度、电子能带结构和电子态密度.计算发现当取B’0=4时,局域密度近似（LDA）考虑自旋轨道耦合（SOC）得到的体模量为360 GPa,与实验值吻合的很好.电子能带结构表明ReB2具有特殊的金属特性,LDA＋ SOC计算结果发现几乎所有能带沿L-H-A方向发生分裂.价电荷态密度和电子态密度结果表明Re-d和B-p态之间存在强的杂化,形成Re-B共价键,这类共价键是ReB2具有高硬度的主要原因.     

外力应变对Bi_2Se_3拓扑绝缘体能带调控的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,研究了拓扑绝缘体Bi_2Se_3在外力应变作用下的电子结构变化.首先对Bi_2Se_3块体结构在不同外力应变下进行了充分的原子弛豫,得到稳定的构型.主要通过改变初始结构的晶格常数的方法来构建沿层内施加外力应变的模型.接着通过能带、态密度(DOS)等分析手段研究不同外力应变下Bi_2Se_3的电子结构演化.研究结果表明:施加应变会使Bi_2Se_3的体能带发生偏移,偏移的幅度与应变大小相关,在压力应变逐渐加大的过程中Γ点附近的能带上移,并能够观察到M形的反转能带,而在拉应变增大的过程中Γ点附近的能带下移,且没有明显的能带反转现象,这些变化导致了Bi_2Se_3经历从半导体到导体的转变.     

基于介电函数实验值拟合对一维光子晶体能带结构的分析与讨论

使用与在宽波段范围内TiO2,SiO2介电函数相似的指数型函数,利用数值拟合方法,给出了与实验介电函数值完全吻合的色散关系;将其直接应用于平面波展开法,计算分析了一维TiO2/SiO2色散光子晶体能带结构.与常规平面波展开法的计算结果对照发现,由两种方法分别计算得到的能带结构中均有两个较宽的光子带隙,但两者的带宽和位置...     

Si（313）表面电子结构特性的理论研究

利用形式散射理论的格林函数方法及紧束缚最近邻近拟下的sp^3s模型，首次计算了半导体Si的（313）高指数表面的表面电子结构。采用层轨道表象及表面投影技术，给出了（313）表面在二维布里渊区高对称点的波矢可分辨的电子态密度和表面投影能带结构。计算结果表明：（313）表面在－10eV到＋2eV的能区内存在6个主要的表面态。在此基础上讨论了各表面态的色散特性、轨道特性和局域特性等。     

压力下钒发生相变的第一性原理计算

利用投影缀加波方法对金属钒加压至400 GPa左右的结构相变过程进行了第一性原理研究. 计算了相变中的热力学转变压力和失稳转变压力, 并对相变前后的电子性质进行了研究. 结果表明: 钒在低压下为体心立方结构, 随着压力增大转变为菱方结构, 压力继续增大最后又重新转变为体心立方结构. 热力学计算得到的BCC→rhu(α>109.47°)→rhl(α<109.47°)→BCC三次转变压力分别为27,104和310 GPa. 利用剪切弹性常数C44计算得到的2次失稳压力分别为52和255 GPa. 能带计算表明, 在加压过程中高对称点Γ处靠近费米能级的能带由低压下的非电子占据态变为高压下的占据态, 而费米能级以上的电子态密度计算可见明显的s,p-d带间电子迁移现象.     

(n,n)扶椅型单臂ZnO纳米管的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了(n,n)扶椅型单臂ZnO纳米管的电子结构和属性。能量计算结果显示(n,n)扶椅型单臂ZnO纳米管的结合能都是负的,表明扶椅型单臂ZnO纳米管在基态下可稳定存在。当扶椅型ZnO纳米管直径增大,体系基态能量减小,ZnO纳米管体系趋于更加稳定的状态。其次,能带结构计算结果揭示扶椅型ZnO纳米管为直接宽带隙半导体材料,禁带宽度大于ZnO体材料的值,纳米管的整个价带随着纳米管管径的逐渐增加而被明显展宽,纳米管的价带向低能方向出现了明显的漂移现象。另外,在ZnO纳米管价带顶部出现了由表面效应引起的缺陷态能级。光学属性计算结果显示,吸收光谱发生了蓝移现象,计算的纳米管吸收带边对应于光谱的紫外波段,表明(n,n)扶椅型单臂ZnO纳米管是一种很有前途的紫外半导体发光材料。     

ZnOS三元合金晶体结构与电子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下的VASP软件包详细研究了三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能、电子性质以及能带弯曲因子随S组分x的变化关系,并计算了三元合金的带隙弯曲参数.采用AM05XC泛函对结构参数进行优化,带隙修正采用了LDA-1/2的计算方法.结果表明:随着S浓度x的增加,三元合金ZnO1-xSx的晶格常数、体积、总能量均呈现出线性递增的关系,而禁带宽度以及价带宽度出现弯曲性质,这跟三元合金ZnO1-xSx的固溶度相关.从导带底到价带顶的光跃迁出现在Γ点,影响价带顶和导带底的价电子分别是S的3p态和Zn的4S态.     

KLTN晶体表面性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用局域密度近似方法,对钽铌酸钾锂KLTN晶体(100)和(110)表面进行几何结构优化,计算了晶体的能带结构、态密度和介电函数.将计算结果与钽铌酸钾对应的表面参数进行了比较和分析,结果显示,KTN经过A位阳离子Li替代后,能带带隙增加,总态密度值减小,对应的介电函数性质发生改变,与晶体表面性质随阳离子含量和取向不同会发生改变的理论预期一致.