ZnO/ZnS核壳结构纳米线的电子结构与光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理,研究了纤锌矿型ZnS纳米线和ZnO/ZnS核壳结构纳米线的能带结构、电子态密度与光学性质.结果表明:相对于ZnS纳米线,ZnO/ZnS核壳结构纳米线的最小禁带宽度变窄,主要原因可能是ZnO/ZnS核壳结构纳米线中Zn原子的4s和3p态电子占据了导带底的部分能级.通过分析光学性质发现:ZnO/ZnS核壳结构纳米线的吸收波长向长波方向扩展,且在长波方向出现新的吸收峰,与最小禁带宽度变窄的现象一致.     

氧化锌纳米线的稳定性和电子性质

运用第一性原理方法研究了四种尺寸的ZnO纳米线的结构稳定性和电子性质.结果表明,纳米线的稳定性随着尺寸的增大而增大.所有ZnS纳米线显示了直接带隙半导体特性.由于量子尺寸效应,纳米线的带隙比纤锌矿体材料的带隙大,并且随着纳米线直径的增大而减小.     

HBT晶体高压下结构、电子及光学性质的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论研究富氮含能材料HBT晶体在高压下的几何结构、电子和光学性质.结果表明在考虑范德瓦尔斯色散修正的情况下，分子晶体和单分子几何结构数据与实验符合很好，误差在5%以内.零压下HBT晶体的能带带隙为4.03 eV,随着压强增大，带隙减小，高压下属于宽禁带半导体.带隙变窄，吸收系数达到2.3×10⁶ cm^-1.研究结果为进一步分析高压下HBT晶体特征提供理论参考.     

表面修饰调控单层ZnS电子结构和光学性质

为了研究H,F修饰单层ZnS对其电子结构和光学性质的影响,建立了H修饰、F修饰以及H-F共同修饰单层ZnS晶体结构。采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了各二维材料的晶体结构、稳定性、电子结构和光学性质。计算结果表明,单层ZnS是一种准平面结构,经过修饰后则转变为褶皱六元环结构,且修饰后的ZnS具有很好的稳定性。电子结构表明,单层ZnS是一种直接带隙半导体,其计算能隙为2.625eV,H修饰ZnS会导致其能隙增大,且转变为间接带隙半导体,F修饰和H-F共修饰则使得ZnS能隙不同程度减小。载流子有效质量结果显示,单层ZnS为轻空穴重电子型半导体,H或F修饰会导致半导体的空穴有效质量显著增大,电子有效质量的变化则相对较小。光学性质表明,H,F修饰会导致ZnS的吸收边发生蓝移,其中F修饰,H-F共修饰(H与Zn同侧,F与S同侧)ZnS对短中波紫外线的吸收效果明显增强,表明其在未来光电子领域有着广阔的应用前景。     

不同Mg掺杂位置对ZnO电子结构、态密度和光学性质的影响

通过一性原理计算, 研究了替代位和间隙位Mg掺杂对ZnO电子结构、态密度和光学性质的影响. 结果表明, 替代位Mg掺杂导致ZnO带隙展宽, 而间隙位Mg掺杂ZnO形成n型半导体. 比较了纯ZnO和不同Mg掺杂位置MgZnO体系的分波和总电子态密度, 并解释了相应的电子结构和光学性质的差别. 发现替代位Mg掺杂和纯ZnO体系的光学特性差别较小, 而间隙位Mg掺杂导致ZnO光吸收边蓝移, 折射率减小, 而且在可见到近紫外光区域 (0到4.2 eV), 具有比纯ZnO更好的光透过性.     

Cu掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了Cu掺杂纤锌矿ZnO体系的电子结构和光学性质.计算结果表明,当Cu掺杂的原子百分比为4.17%时体系的光学吸收性能最好,且在可见光区出现了新的吸收峰.电子结构的分析表明,Cu的引入可以在体系的费米能级引入由Cu-3d电子和O-2p电子相互作用形成的杂质能级,价电子由eg能级向tg能级跃迁吸收的最小光子能量约为0.12 e V,这使得Cu掺杂的ZnO体系的光学吸收边落在了红外光区,同时杂质能级的出现降低了ZnO体系的禁带宽度,提升了ZnO半导体材料对长波光子的响应并有效改善ZnO半导体的光催化活性.     

Co掺杂ZnO纳米粉体的结构和光学性能

采用溶胶凝胶法制备了掺杂Co2+的ZnO纳米粉体,并利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱和光致发光光谱等对其结构和光学性质进行了表征.结果表明:Co以二价离子Co2+的形式掺杂进入ZnO晶格,且所得Co掺杂ZnO纳米粉体仍为六角纤锌矿型结构;纳米粉体的光学带隙随掺杂量的增加逐渐变窄,并且在紫外吸收谱上出现了3个明显的特征吸收峰;由室温光致发光光谱可知,随着Co2+掺杂浓度的增加,ZnO的荧光强度逐渐变弱.     

过渡金属掺杂ZnO纳米线结构、电子性质和磁性质

本文采用密度泛函理论系统地研究了过渡金属原子Co和Ni单掺杂和双掺杂ZnO纳米线的结构、电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的束缚能都为负值,表明掺杂过程是放热的. Co原子趋于占据纳米线中间位置,而Ni原子趋于占据纳米线表面位置.所有掺杂纳米线能隙都小于纯纳米线能隙,并显示出直接带隙半导体特性.纳米线的总磁矩主要来源于磁性原子的贡献. Co掺杂纳米线出现了铁磁和反铁磁两种耦合状态;而Ni掺杂纳米线出现了铁磁、反铁磁和顺磁三种耦合状态.     

CrSi_2电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明CrSi2属于一种间接带隙半导体,禁带宽度为0.353eV;其能态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定;同时也计算了CrSi2的介电函数、反射率、折射率及吸收系数等.经比较,计算结果与已有的实验数据符合较好.     

Cu_2O电子结构与光学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计算,系统研究了块体Cu_2O的电子结构和光学性质.结果表明,块体Cu_2O为直接带隙半导体,最小禁带宽度为0.52e V;其价带顶主要Cu-3d态电子和O-2p态电子构成,而导带底则主要由Cu-4p态电子和O-2p态电子共同决定;块体Cu_2O的静态介电常数为8.27,光吸收系数最大峰值1.83×105cm-1,研究结果为Cu_2O在光电器件方面的应用提供了理论基础.     

基于全电子方法和TB-mBJ势的硫化镉多型体能带结构计算

常见的硫化镉多型体为纤锌矿结构硫化镉(w-CdS)和闪锌矿结构硫化镉(zb-CdS).在高压下w-CdS或zb-CdS都会向岩盐矿结构(rs-CdS)转变.在有外加压强条件下的CdS电子能带结构在实验上一直备受关注.全势线性缀加平面波方法计算所得电子能带结构表明:w-CdS与zb-CdS具有直接带隙,rs-CdS是间接带隙材料.为了更准确的预测禁带宽度,我们探讨了Hubbard U修正和TB-mBJ势的作用,采用TB-mBJ势的能带结构计算得到的w-CdS和zb-CdS的禁带宽度分别为2.74eV和2.66eV,和实验值比较接近.我们采用TB-mBJ势对不同外压下的rs-CdS进行了能带结构计算,指出rs-CdS在高压下仍然保持价带顶在L点,导带底在X点的间接带隙特征.分析了禁带宽度随压强增大而减小的趋势,采用TB-mBJ势的结果和rs-CdS高压下的光学实验结果符合.     

单轴应变下CaO和SrO电子结构和光学性质的第一性原理研究

为探究不同单轴应变条件对碱土金属氧化物CaO和SrO晶体材料电子结构和光学性质的影响,采用第一性原理计算方法,利用密度泛函近似理论,对晶体的能带结构、态密度和介电函数进行计算,并利用克喇末-克朗尼格关系得出晶体的光学常数.研究结果表明:无应变时,CaO和SrO晶体是宽禁带且具有直接带隙的绝缘体,施加单轴应变使晶体带隙的宽度变窄,导电性能增强,且单轴压应变对晶体电子结构的影响比拉应变对晶体电子结构影响明显.2种晶体均为各向同性材料,单轴拉应变使静介电常数变大,单轴压应变使静介电常数变小.光子能量在0~15eV时,2种材料折射率、吸收系数和反射率等光学谱的峰位和峰值均受单轴应变的影响较大,单轴拉应变使得各光学谱的峰位向能量低的方向移动,峰值升高;单轴压应变使得光学谱的峰位向能量高的方向移动,峰值降低.同时单轴拉应变使晶体静态介电常数和静折射率增大,压应变使之降低.研究表明单轴应变可以有效调节CaO和SrO的电子结构和光学性质.     

电子束蒸发制备的ZnS薄膜的物相结构和光学性能

用电子束蒸发法在不同衬底温度下制备了厚度为100nm左右的ZnS薄膜,利用X射线衍射(XRD)、紫外—可见光分光光度计(UV-vis Spectrophotometer)研究了ZnS薄膜的晶体结构、光学性能,分析了衬底温度对ZnS薄膜结构与光学特性的影响.结果表明:不同衬底温度下制备的ZnS薄膜均具有闪锌矿结构(111)面择优取向生长的特征;衬底温度为200℃时制备的ZnS薄膜的(111)晶面衍射峰最强,半高宽最小,晶粒最大;制备的ZnS薄膜对可见光有良好的透过性,由于量子尺寸效应,电子束蒸发制备的ZnS薄膜光学带隙大于ZnS粉末的带隙.     

预制层结构对CZTS薄膜微观组织和光学性能的影响

研究了叠层顺序对磁控溅射沉积铜锌锡硫（CZTS）吸收层的微观结构、表面形貌和光学性能的影响.试验结果表明：当预制层结构为Cu/ZnS/SnS₂时,制备的CZTS薄膜在（112）晶面具有择优生长取向,并具有较好的结晶一致性,在288,335和368 cm^-1处呈现出特征拉曼（Raman）峰,薄膜表面晶粒较大、形状规则、薄膜空隙较少、比较致密,可见光范围内的吸收系数较高,光学带隙1.5 eV,适合作为CZTS薄膜太阳能电池的吸收层;当预制层结构为SnS₂/Cu/ZnS和ZnS/SnS₂/Cu时,由于在预制层硫化过程中造成一定的Zn和Sn流失,使CZTS薄膜中含有CuS杂相,导致薄膜表面质量下降,禁带宽度增加,不适合做CZTS薄膜太阳能电池的吸收层.     

CdS/ZnO核壳结构量子点的制备及其光学性能

通过溶胶-凝胶法制备出ZnO、CdS和CdS/ZnO核壳结构量子点的前驱体,在空气气氛下高温处理后得到壳厚度为10nm左右的CdS/ZnO核壳结构.CdS/ZnO核壳结构会导致紫外吸收边产生明显的红移.与ZnO和CdS相比,核壳结构使CdS/ZnO的激发、发射光谱都产生了明显变化,并且提高了发光强度.研究发现核壳结构会使ZnO和CdS原有的能级结构发生变化.     

CdS_xSe_(1-x)合金结构、电子结构和光学性质的第一性原理研究

用密度泛函理论究了闪锌矿型三元合金体系Cd SxSe1-x的晶体结构、电子结构和光学性质.计算了组分参数在0≤x≤1范围内Cd SxSe1-x的电子结构、态密度和带隙,计算结果表明Cd SxSe1-x为直接带隙半导体材料,其带隙随Se含量的增加而减小.分析了Cd SxSe1-x的复介电函数和吸收系数等光学性质随光子能量变化的关系,随Se元素含量增加,各光学特性曲线向低能方向移动.     

Co掺杂对Zn1-xCoxO稀磁半导体光学性质的影响

溶胶-凝胶法制备了Co掺杂的ZnO基稀磁半导体,研究其粉体和薄膜的结构和光学特性.X射线衍射结果表明Co2 随机替代Zn2 位置进入ZnO晶格,并引起晶格常数的变化.紫外-可见透射光谱表明样品的禁带宽度随着Co掺杂浓度的增大呈现非单调变化规律,低浓度掺杂样品的光学带隙随掺杂浓度增大而减小(红移),这是由于Co2 替代Zn2 ,局域d电子与能带电子之间的sp-d交换耦合引起的.     

CuIn1-x GaxSe2/CuIn1-x AlxSe2电子结构与光学特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似的PBE平面波超软赝势方法计算了CuIn1-xGaxSe2(CIGS)和CuIn1 -xAlxSe2 (CIAS)的电子结构及光学性质.计算结果表明黄铜矿型CIGS和CIAS都是直接带隙半导体材料,禁带宽度分别为1.34 eV,1.50 eV.计算并对比分析了CIGS和C...     

CrSi2电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明CrSi2属于一种间接带隙半导体,禁带宽度为0．353eV;其能态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定;同时也计算了CrSi2的介电函数、反射率、折射率及吸收系数等．经比较,计算结果与已有的实验数据符合较好．     

半导体CdS/ZnS核壳结构纳米微粒的制备及光学特性

利用反胶团法合成CAS纳米微粒,并以ZnS对其进行表面修饰,得到具有CdS/ZnS包覆结构的纳米微粒,以紫外-可见吸收光谱(UV)证实了CdS/ZnS核壳结构的实现并表征其光学特征.透射电镜(TEM)表征其粒度和形貌,得到CAS/ZnS包覆结构粒径一般在2-3nm.通过陈化实验发现粒径随时间变化不大.