GaN相变及热力学性质的理论研究

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了GaN的纤锌矿、闪锌矿、氯化钠三种结构的结构性质以及高压下GaN的相变.利用焓相等原理得出GaN从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变压强约为41.9GPa,与实验值和他人理论计算值相符合.通过准谐德拜模型得到了GaN的闪锌矿和氯化钠两种结构不同温度下热膨胀系数与压强的关系,不同温度下体积与压强的关系以及不同压强下热容与温度的关系.     

ZnSe高压物性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了ZnSe的三种结构岩盐结构(RS)、闪锌矿结构(ZB)及六方纤锌矿结构(WZ)的结构性质.通过等焓原理得到ZnSe从ZB结构转变为RS结构的相变压强约为15.5GPa,与实验值符合得比较好.计算出ZnSe在不同压强下ZB结构的弹性常数,通过准谐德拜模型得到不同温度下ZB结构的热膨胀系数与压强的关系等热力学性质.     

高压下AlN纳米带的Raman光谱特性

利用原位高压Raman技术, 在0~29.83 GPa内研究AlN纳米带的高压相变, 并计算各振动模式与压力间的关系及压力系数和Grüneisen常数. 结果表明: 当压力约为17.34 GPa时, 晶体由六角纤锌矿结构向立方岩盐矿结构转变, 在21.28 GPa时相变结束; 在相变过程中观察到岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号, 确定岩盐矿结构AlN晶体的Raman散射信号来自岩盐矿结构的无序声子散射.     

交流阻抗谱法研究高压下CdS的电学性质

利用金刚石对顶砧(DAC)原位交流阻抗谱测量技术,研究了硫化镉(CdS)半导体粉末在高压下的电输运性质.结果表明,在高压条件下CdS中存在两个电传导过程,晶体内传导和晶界传导,而晶体内传导是其主要过程.通过选择合适的表象,获得了 CdS的体电阻随压力的变化关系,反映了CdS在高压下的相变过程:在2.7 GPa—3.6 ...     

纤锌矿Zn1-xMgxO合金相结构稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论中局域密度近似下的VASP程序包,在考虑所有掺杂构型前提下,对Zn1-xMgxO合金的晶格参数、禁带宽度以及形成焓随Mg含量的变化进行了系统地计算.计算结果表明：随着Mg含量的不断增加,纤锌矿Zn1xMgxO合金的平均晶格常数变化不遵循Vergard定律;合金的禁带宽度随着Mg含量增加满足二次函数关系Eg=3.43＋2.24x＋0.68x2,与实验结果一致,不同掺杂原子构型禁带宽度的差异是纤锌矿Zn1-xMgxO合金中发光光谱宽化的重要原因;对比分析纤锌矿、闪锌矿和熔岩矿三种相结构的Zn1-xMgxO合金形成焓的计算结果发现,当Mg掺杂比例为37.5%时,Zn1-xMgxO合金由纤锌矿向熔岩矿结构转变;闪锌矿Zn1-xMgxO合金形成焓始终低于纤锌矿,在特殊的条件下,可以形成闪锌矿Zn1-xMgxO合金相.     

磷化铟从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变

用两种方法研究了InP从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变，第一种是基于等焓的方法，另外一种是根据柯西平衡判据.利用从头算平面波赝势密度泛函理论研究了InP在一系列高压下的电子结构和弹性常数，同时根据等焓条件发现InP从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变压强是12.1 GPa，与根据柯西平衡判据得到的结果一致，从而说明用这两种方法来研究晶体的结构相变是可行的.     

ZnO的相变和热力学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了ZnO的相变和热力学性质.我们发现ZnO由wurtzite结构到NaCl结构的相变压在10.9 GPa左右,和实验值以及其他的理论计算值符合的很好.我们还成功地研究了ZnO 的热力学性质,其中包括ZnO的热容和德拜温度.     

利用第一性原理计算HgSe的结构相变和光学性质

利用基于密度泛函的第一性原理, 计算了高压下HgSe的结构相变和光学性质, 并给出导带与价带之间跃迁激发峰的位置. 结果表明, HgSe的压致结构转变顺序为闪锌矿结构（HgSe-Ⅰ）→朱砂相结构（HgSe-Ⅱ）→岩盐矿结构（HgSe-Ⅲ）→正交结构（HgSe-Ⅳ）, 相变压力分别为1.1,15.1,40.1 GPa.     

ZnO纳米片薄膜的合成、表征及其光学性质

采用水热法在修饰有ZnO种子层的石英玻璃衬底上制备出ZnO纳米片薄膜。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电镜和荧光光谱仪对样品的形貌、结构和光致发光性质进行表征和分析,探讨了其形成机理。结果表明,制备的ZnO纳米片为六方纤锌矿型单晶结构,具有沿<101ˉ0>方向的择优取向,其室温下的光致发光谱由尖锐的紫外发光峰(380 nm处)和较宽的可见发光带组成,其中可见光发射可以拟合为中心分别位于550、620和760 nm处的3个发光峰。     

铝片衬底上氧化锌纳米结构的水热合成

以氯化锌溶液和氨水为原料,采用水热合成方法,在铝片衬底上制备出多种氧化锌纳米结构.X射线衍射和扫描电镜分析结果表明:铝衬底上的氧化锌为纤锌矿结构,所得氧化锌结构包括六边形片状结构叠合而成的花形、棒状、管状结构等.随着反应时间的增加,产物中会同时出现大量棒状及管状氧化锌;pH值对氧化锌纳米结构的尺寸、形貌有较大的影响.     

Tunability of physical properties of (Cd:Zn)S thin film by Close Space Sublimation Process (CSSP)

The present paper reports on a systematic study of the influence of Zn alloying on the structural and optical properties of Cd1 xZnxS thin films. X-ray diffraction study for structural analysis reveals that the two binary compounds have been completely transformed into ternary compound with hexagonal (wurtzite) structure with preferred orientation along c-direction with (002) planes. The optical properties such as optical constants and band gap energy of the films were examined by using spectroscopic ellipsometer and Photospectrometery. It was found that the optical constants (n and k) decrease with the addition of Zn content in the alloy. It was also confirmed that the band gap increases with increasing Zn amount in the alloy and is attributed to quantum size effect in the grain size. Raman spectroscopy analysis shows one dominant phonon band at 326 cm 1, the so-called longitudinal optical (LO) mode for all the alloy composition (x). The appearance of a single phonon band in the Raman spectra established the formation of single phase hexagonal structured Cd1 xZnxS thin film. The LO band is asymmetrically broaden and high frequency shifted due to potential fluctuation caused by the dopant material. The AFM results showed that the surface roughness was decreased with increasing Zn content.     

Neutron and X-ray diffraction study of the broken symmetry phase transition in solid deuterium

The solid hydrogen compounds D2, HD and H2 remain quantum molecular solids up to pressures in the 100 GPa range. A remarkable macroscopic consequence is the existence of a pressure-induced broken symmetry phase transition, in which the molecules go from a spherical rotational state to an anisotropic rotational state. Theoretical understanding of the broken symmetry phase structure remains controversial, despite numerous studies. Some open questions concern the existence of long- or short-range orientational order; whether a strong isotopic shift on the transition pressure should be assigned to the nuclear zero-point motion or to quantum localization; and whether the structures are cubic, hexagonal or orthorhombic. Here we present experimental data on the structure of the broken symmetry phase in solid D2, obtained by a combination of neutron and X-ray diffraction up to 60 GPa. Our data are incompatible with orthorhombic structures predicted by recent theoretical works. We find that the broken symmetry phase structure is incommensurate with local orientational order, being similar to that found in metastable cubic para-D2.     

Fe掺杂对Zn1 xCoxO纳米晶体结构及磁性行为的影响

利用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂Zn1 xCoxO(x=001~002)纳米晶体.通过XRD,TEM和VSM对其结构、晶格参数和磁性进行了表征和分析.所有样品都没有检测到非晶态产物以及Fe,Co团簇等第二相,即Fe掺杂没有改变Zn1 xCoxO晶体的纤锌矿型ZnO结构、晶粒度大小以及室温铁磁性.随着Fe掺杂浓度的提高,饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力等磁性参数都有相应的改善.Fe掺杂还引起了交换偏置,并且,该现象随着Fe掺杂浓度的提高而增强;但是,单原子Fe对饱和磁化强度的贡献低于单原子Co对自发磁化强度的贡献,这表明Fe,Co共掺杂ZnO材料与Co掺杂ZnO材料的磁性机制有所不同.     

Cu衬底上ZnO纳米结构及其光催化性能分析

采用两步电化学沉积法在Cu衬底上沉积得到ZnO纳米结构薄膜。用X-射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对其结构及形貌进行表征,发现先在Cu衬底上沉积一层Zn致密膜,更有利于在其表面上得到附着力强、形貌较好的ZnO纳米结构膜。系统考察了沉积温度和沉积时间等工艺参数对ZnO纳米结构的影响。结果表明,沉积温度和沉积时间对晶体结构和形貌有显著影响,通过对工艺进行适宜控制可以得到结晶性良好的六方纤锌矿型ZnO纳米结构膜。以罗丹明B为目标有机污染物,分析了ZnO膜的光催化性能,表明所制备的ZnO膜可以作为光催化剂,其光催化效率可达到72.4%。     

溶胶-凝胶法制备ZnO及Fe掺杂ZnO薄膜及其表征

采用溶胶-凝胶法在玻璃基体上制备了ZnO和Fe掺杂ZnO薄膜,并通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和紫外-可见分光光度计对所制备薄膜的表面形貌、结构和光学性能进行分析。结果表明,2种薄膜均表面光滑,为沿(101)晶面取向的纤锌矿结构;与ZnO薄膜相比,Fe掺杂ZnO薄膜表面更光滑,且晶粒尺寸从58.512nm减小到36.460nm;另外,Fe掺杂后,沿(101)晶面的取向程度减弱,且禁带宽度由3.1eV增大到3.4eV。     

BaBO_3系列透氧材料最优成份规律的理论研究

本文利用第一性原理的密度泛函理论计算方法,对BaBO3系列透氧材料所涉及的4种结构（立方相、六方相、BaBO2和BaBO4）进行了几何优化模拟,得到了来自第4,第5和第6周期中48个B位元素替换后的优化结构,通过这4种虚拟相之间结合能的比较,了解B位元素在稳定立方相中的作用和规律,并讨论了B位元素对晶格稳定性和立方-六方相变的影响.结合实验数据总结分析,本文发现了现有的透氧材料最优透氧性能成份的范围和规律,为今后ABO3系列的透氧材料成份的定量优化设计提供一个理论指导.     

TaN膜的结构,成分及性能

研究了三极溅射法制备的ＴａＮ膜的结构、成分及其性能。实验发现：随着氮分压的增加，ＴａＮ膜的结构将从面心立方相转变为六方相；ＴａＮ膜的显微硬度在单一相结构时最大，而以双相共存时的显微硬度较低。     

溶剂热制备Co掺杂ZnO纳米花及其光催化降解甲基橙

采用简单的溶剂热法制备了ZnO纳米花状枝晶,枝晶主干长约400～500 nm,晶枝长约500～700 nm.利用XRD、SEM及EDS测试手段对ZnO纳米花进行物相、结构、形貌和成分表征的结果显示,ZnO纳米花为六方相纤锌矿结构,其中有少量钴的掺杂.所制备的ZnO纳米花对甲基橙溶液具有很好的光催化性能,在1.5 h光催化实验后,其降解率达到91.1%.     

稀土掺杂氮化铝稀磁半导体纳米颗粒的高压相变研究

利用金刚石对顶砧和原位角散高压同步辐射X射线衍射技术,对电弧法制备的、稀土元素钪和钇掺杂的氮化铝(AlN)纳米颗粒进行了最高压力分别为51.29 GPa和33.80 GPa的高压相变研究.实验结果表明:钪和钇掺杂的AlN分别在压力为20.09 GPa和19.70 GPa时发生由六方纤锌矿结构向立方岩盐矿结构的转变,在压力分别为28.12 GPa和28.60 GPa时完全转变为立方岩盐矿结构;卸压后,岩盐矿结构保留下来,相变过程不可逆.通过对比研究我们发现,相同制备条件、相同形貌和尺寸的两个样品的相变点较之AlN纳米线均有所降低,高于AlN纳米晶,接近于AlN体材料,相变开始到结束的时间间隔缩短.对比两个实验结果,掺杂具有大离子半径的钇的样品相变点低于掺杂离子半径较小的钪的样品.结合原位角散高压X射线衍射研究结果,我们认为掺杂引起相变点降低是由于掺杂后引入的杂质离子及其诱导产生的铝空位导致AlN晶格结构畸变进而降低了掺杂AlN晶体结构的稳定性.     

纤锌矿氮化物半导体中电子-声子相互作用对表面电子态的影响

采用变分法研究了半无限纤锌矿氮化物半导体中电子表面态问题. 计及电子与表面光学声子相互作用和结构异性的影响导出了系统的有效哈密顿量, 获得了电子表面态能级、电子与表面光学声子相互作用能量分别随表面势垒的变化关系. 对GaN, AlN和InN进行了数值计算.结果表明,电子与表面声子的相互作用使电子的表面能级下降, 并且纤锌矿结构的GaN和AlN中电子-声子相互作用能量较闪锌矿结构大,而对InN情况正好相反.在计算的所有材料中纤锌矿材料的电子表面能级比闪锌矿的低几百meV.电子与表面光学声子相互作用对表面电子态的影响不应被忽略.