新型二维ZnO/InSe纳米复合材料电子结构与光催化性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论方法,系统研究了新型二维ZnO/InSe异质结的电子结构和光催化性能。计算结果表明,二维ZnO/InSe异质结的晶格失配率为3.3%,形成能为-2.43eV,表明异质结的结构稳定。异质结表现为Ⅱ型能带对齐,价带和导带的带偏置分别为0.51和1.34eV,能够有效降低电子和空穴的复合率,提高ZnO/InSe异质结的光催化性能。二维ZnO/InSe异质结是带隙值为2.23eV的直接带隙半导体材料,对应有良好的可见光吸收范围,且光吸收系数高达10~5 cm~(-1),能够进一步提升光吸收效率。此外,异质结的带边位置分别跨过水的氧化还原电位,可用于光解水制备氢气。因此,二维ZnO/InSe异质结是一种有前景的可见光光催化材料。     

二维异质结MoS_2/WSe_2能带排列的第一性原理研究

由于二维材料具有丰富的物理化学性质,比如在场效应管、薄膜电路等低微纳米器件上有巨大的潜在应用价值,从而吸引了研究者们的广泛关注和兴趣.本文中,我们采用第一性原理方法,对两种二维材料MoS_2和WSe_2组成的一种新形式的异质结进行能带排列方面的探索.首先,我们将两种材料堆叠成垂直方向,增大层间距,考察基本没有相互作用时的能带排列.然后,我们分别考察MoS_2/MoS_2-WSe_2以及WSe_2/WSe_2-MoS_2两种结构.结果发现,在组成异质结材料之后,层间的弱相互作用对两个组分材料的能带和态密度都有非常重要的影响.随着双层区域尺寸的增加,其价带顶和导带底都会有连续的变化,能带排列趋于安德森极限.此理论工作,将有助于人们理解各种类型的二维异质结能带排列情况,进而帮助理解低维器件的性能变化.     

光生电压谱方法对ZnSe／GaAs异质结导带偏移的研究

实验采用光生电压谱方法对ＺｎＳｅ／ＧａＡｓ异质结界面的光跃迁进行了观察，在光子能量略低于ＧａＡｓ带边的地方，光生电压谱出现了一个峰，通过分析电子与空穴的分离在界面上形成电偶极层对光生电压谱造成的影响，指出该谱峰对应着界面处电子从ＧａＡｓ价带顶跃迁至ＺｎＳｅ导带底的过程，表明ＺｎＳｅ／ＧａＡｓ异质结的能带排列属于错开型，并得出在温度小于７０Ｋ的低温下ＺｎＳｅ／ＧａＡｓ异质结导带偏移值为１５０ｍｅＶ±     

SnO2薄膜与n-SnO2/p-Si异质结光电特性的研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,建立SnO2超晶胞模型并进行几何结构优化,对其能带结构进行了模拟计算．结果显示,导带底和价带顶位于G点处,表明SnO2是一种直接带隙半导体．同时,采用脉冲激光沉积法分别在蓝宝石衬底和Si衬底上制备出SnO2薄膜及n-SnO2/p-Si异质结．扫描电镜结果表明,SnO2薄膜晶粒均匀．霍尔测试结果表明,SnO2薄膜载流子浓度高达1.39X1020cm-3．吸收谱测试表明,SnO2薄膜光学带隙为3.37eV．n-SnO2/p-Si异质结的I-V曲线显示出其良好的整流特性．     

聚噻吩修饰纳米结构TiO2膜电极光电性能研究

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了聚噻吩(PTh)膜和纳米结构TiO2/聚噻吩(ITO/TiO2/PTh)复合膜的光电转换性质。结果表明,PTh膜的禁带宽度为2.02eV,价带位置为-5.86 eV,导带位置为-3.84 eV。在ITO/TiO2/PTh复合膜电极中存在p-n异质结,在一定条件下异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离,PTh修饰ITO/TiO2电极可使光电流产生波长发生明显红移,从而提高了宽禁带半导体的光电转换效率。在实验条件下,单色光的光电转换效率最高可达到13%。     

基于密度泛函理论的NiAs型MnTe第一原理计算

运用MaterialsStudio 6.0程序CASTEP软件包建立NiAs型MnTe单胞和1×1×10的超胞模型,采用GGA-PBE-TS近似,得出能带结构和态密度曲线。NiAs型MnTe为间接能隙窄带半导体,带隙为0.843eV;MnTe单胞的下价带在-12.5~-10.5eV,是一条二重简并带。在-6~-3.5eV和0.8~2.6eV主要由Mn原子的d态电子贡献,该Mn原子的d电子的有效质量较大,导致强的电子局域性;MnTe1×1×10超胞的帯隙为0.623eV,下价带位于-13~-11eV,对比单胞略微下移;在上价带和导带区域,MnTe超胞d态电子的能带和态密度都比MnTe单胞的变化平稳,整体形成较宽的赝能隙,说明Mn离子的共价性较强。     

微晶硅/晶体硅HIT结构异质结太阳电池的模拟计算与分析

运用AFORS-HET程序模拟分析μc-Si(p)/μc-Si(i)/c-si(n)HIT结构异质结太阳电池的光伏特性,并研究发射层厚度、本征层厚度、本征层能隙宽度、界面态密度以及能带失配等参数对太阳能电池光伏特性的影响,计算结果表明:插入5nm较薄微晶硅本征层,电池的转换效率最佳;随着微晶硅本征层厚度增加,电池性能降低,电池的界面缺陷态显著影响电池的开路电压和填充因子,对能带补偿情况进行模拟分析,结果显示,随着价带补偿(△Ev)的增大,由界面态所带来的电池性能的降低逐渐被消除,当△Ev=0.25 eV时,界面态带来的影响几乎完全消除,通过优化各参数,获得微晶硅/晶体硅HlT结构异质结太阳能电池的最佳转换效率为19.86%.     

Ar~ 离子注入对Ge/GaAs(100)异质结能带偏离影响的XPS研究

用X光电子能谱(XPS)方法研究了界面特性和Ge/GaAs(100)异质结的能带偏离关系。实验表明,当在清洁的GaAs(100)表面生长Ge异质结时,其价带偏离(△E_v)与界面特性无关,而在Ar离子注入的GaAs(100)表面上生长的Ge异质结,其价带偏离与Ar~ 离子的浓度分布有关。     

AlN能带及态密度的密度泛函理论研究

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法计算了A lN晶体的能带结构和态密度曲线。研究表明,A lN的价带由-15.3eV－-12.3eV的下价带和-6.2eV－0eV的上价带区组成,价带顶出现三个子带：简并的重空穴、轻空穴和自旋-轨道耦合所分裂出来的劈裂带（距带顶0.2eV）;导带主要是由A l的3s、3p态电子和N的2p态电子构成的;理论预测A lN价带空穴具有大的有效质量;A lN是一种直接宽禁带半导体,带隙为4.7eV,比较起来该结果优于一些文献中的计算值。     

应变和电场调控HfSe_2/PtSe_2异质结的电子结构

本团队通过基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了HfSe_2/PtSe_2范德瓦尔斯异质结(van der Waals heterostructures, vdWHs)的电子性质,包括堆垛方式、层间耦合、应变和外电场的影响.发现堆垛方式可以调节能带对齐类型——AA, AB′和AC′堆垛时为Ⅱ型, AB, AC, AA′则为Ⅰ型.在六种堆垛方式中,AA堆垛是最稳定的,其层间距为2.87?,带隙为1.0 eV, Ⅱ型的能带对齐方式有利于电子-空穴载流子的分离.进一步的计算表明, HfSe_2/PtSe_2异质结的电子性质可以通过垂直应变和双轴面内应变有效调节:在施加应变或改变层间距后,可以在HfSe_2/PtSe_2异质结中观察到从Ⅱ型到Ⅰ型能带对齐类型的转变;不仅如此,压缩应变和层间耦合还可以有效调控异质结的带隙大小.本研究将为未来HfSe_2/PtSe_2异质结在纳米电子及光电设备中的应用提供理论基础.     

Cr、Mn掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势的方法,研究了纯锐钛矿相TiO2、Cr、Mn单掺杂TiO2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.对电子性质分析发现:Mn掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV,而最低点与价带相距大约0.65 eV,其中杂质能带主要由O原子的2p轨道和Mn原子的3d轨...     

常压下Se和Te电子结构和弹性性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函的第一性原理, 计算ⅥA族元素Se和Te在常压下的能带结构、 电子态密度、 弹性系数和德拜温度. 能带结构和电子态密度的计算结果表明: Se为间接带隙半导体,  Se费米面附近的导带和价带主要来自外层4p⁴电子的贡献, 4s²电子对费米面附近的导带和价带贡献较少; Te为直接带隙半导体, Te费米面附近的导带和价带主要来自外层5p⁴电子的贡献, 5s²电子对费米面附近的导带和价带贡献较少.  弹性系数计算结果表明: 常压下具有六角结构的Se和Te的力学性质稳定;  其德拜温度分别为263 K和315 K.      

锐钛矿型TiO2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况。分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2．6eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0．25eV的杂质能级。结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是P型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质。     

Al掺杂的Ca2Si的电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对Ca2Si和Al掺杂Ca2Si的能带结构、态密度和光学性质进行计算。结果表明Al掺杂引起了晶格结构畸变,晶胞体积增大;费米能级插入价带中,Al掺杂Ca2Si变为P型半导体,禁带由未掺杂时的0.26eV变为0.144eV,价带主要由Si的3p,Al的3p以及Ca的4s和3d共同贡献,导带主要由Si的3p态贡献;光学性质的结果显示,由于Al掺入,ε1（0）值增大,ε2(ω)向低能端移动,吸收系数、复折射率增大,反射率减小。     

锐钛矿型TiO_2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究.本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况.分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2.6 eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0.25 eV的杂质能级.结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是p型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质.     

MoSe2电子结构和光学性质的理论研究

基于密度泛函理论第一性原理,计算了MoSe2的能带结构、态密度和光学性质,再根据相关参数分析了该材料的半导体特性和光学性质.能带结构结果表明MoSe2具有间接带隙宽度为0.853 eV的半导体材料,从态密度图可看出价带由Mo的5s4d价电子和Se的4s4p价电子起主要作用,其它价电子作用较少导带主要是Mo的4d和Se的...     

Ar^＋离子注入对Ge／GaAs（100）异质结能带偏离影响的XP…

用Ｘ光电子能谱（ＸＰＳ）方法研究了界面特性和Ｇｅ／ＧａＡｓ（１００）异质结的能带偏离关系。实验表明，当在清洁的ＧａＡｓ（１００）表面生长Ｇｅ异质结时，其价带偏离（△Ｅｖ）与界面特性无关，而在Ａｒ离子注入的ＧａＡｓ（１００）表面上生长的Ｇｅ异质结，其价带偏离与Ａｒ＾＋离子的浓度分布有关。     

BaTaO2N局域电子结构及光学性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理方法计算了BaTa02N的局域能带结构、态密度和光学性质．能带结构结果表明,BaTa02N属于直接带隙半导体,其能带宽度Eg=0．62eV;价带主要由O2p,N2p和Ta5d态电子构成,且N2p态位于价带顶;导带主要由Ta5d态电子构成．基于能带结构和态密度分析了BaTaO：N的介电函数以及折射率、光电导率、吸收谱和能量损失函数等光学性质．静态介电常数（0）=6．13,折射率no=2．48,在紫外区有较大的吸收系数．     

Zn2SiO4电子结构及光学性质的第一性原理计算

使用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,对三斜结构的Zn2SiO4的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算.能带计算结果表明,Zn2SiO4是具有能隙为1.086 eV的直接带隙半导体;其价带主要是由Zn的3d态电子和O的2P态电子构成,导带在6.5～7.5 ev之间,起主要贡献的是Zn的3p和4s...     

GaAs高过超能量态电子自旋相干动力学研究

研究了9.6K低温下、本征GaAs高过超能量态电子自旋相干动力学的浓度依赖,发现当光子能量为1.57 eV,载流子浓度增大至2.65×1017 cm-3时电子自旋相干量子拍的相位翻转180°.理论计算表明量子拍的相位翻转为区分轻、重空穴系统提供了重要依据,当载流子浓度大于2.6×1017 cm-3时,量子拍的振幅主要起源于重空穴价带导带跃迁,当载流子浓度小于2.6×1017cm-1时,量子拍的振幅主要起源于轻空穴价带导带跃迁.因而,分别在轻空穴价带导带系统和重空穴价带导带系统实验测量电子自旋相干动力学成为可能,实验数据表明在轻空穴价带导带系统测得的电子自旋相干弛豫时间明显大于在重空穴价带导带系统测得的电子自旋相干弛豫时间.