Co掺杂GaSb电子结构和磁特性的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理计算方法,研究了Co掺杂GaSb半导体的电子结构和磁特性,交换关联泛函采用局域密度近似(Local Density Approximation,LDA),通过U的引入对Ga-d电子和Sb-p电子的库仑作用势能进行修正,计算得到GaSb的禁带宽度和晶格常数与实验值相符.计算结果表明,Co替代Ga(Co@Ga)缺陷可以产生2μ_B的局域磁矩,而Co替代Sb(Co@Sb)缺陷对体系的局域磁矩没有贡献.Co@Ga产生局域磁矩之间的耦合为铁磁耦合,其居里温度的理论计算值高达410 K.对Co掺杂GaSb半导体的铁磁耦合机制进行了解释,为实验上制备GaSb基铁磁性半导体提供了理论依据.     

Pu2O3晶体结构、弹性和电子性质的 密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法(FLAPW),在局域自旋密度近似(LSDA:local spin density approximation)和广义梯度近似(GGA:generalized gradient approximation)及LSDA/GGA+U下,系统研究了强关联5f电子体系Pu_2O_3的晶体结构,弹性参数,电子态密度和电荷密度.优化计算结果表明,LSDA+U的晶格参数a0和c/a与实验值吻合最好,同时也在不同的近似下计算了Pu_2O_3的弹性参数.与此同时,LSDA/GGA+U计算的态密度在费米能级处分别出现约1.8和2.2eV能隙,而LSDA/GGA的计算结果在费米能级处并无能隙,所以对Pu_2O_3的Pu-5f加U能使体系从导体转变为绝缘体,这与实验测定Pu_2O_3是绝缘性很好吻合.此外,电荷密度计算结果表明,与LSDA相比,LSDA+U计算的Pu-O间电荷密度增加且有明显的成键特征.     

铀锆合金的电子结构和化学键的第一性原理研究

基于密度泛函理论系统地研究了铀锆合金(γ-UZr和δ-UZr2)的晶体结构、电子结构及化学键性质。鉴于U-5f电子的强关联性,使用局域密度近似(LDA)和LDA+U(U=4eV)方法对比研究了铀锆合金的基态性质。尽管这两种方法计算所得的晶格常数均略小于实验值,但总体上与实验还是符合的很好。与纯LDA相比,加U=4eV的计算结果显示5f电子的库仑排斥作用对合金体系电子态密度分布的影响极小。因此可忽略U-5f的库仑排斥作用。两种构型合金体系的总态密度分布表明它们在费米能级附近的电子占据主要是U-5f和Zr-4d,并有明显的杂化。在γ-UZr和δ-UZr2中,U—Zr键间均显示微弱的共价性,其中U—Zr2共价性最强(0.048e/au3),U—Zr次之(0.040e/au3),U—Zr1最弱(0.032e/au3),而δ-UZr2中的Zr1离子性最强。     

窄能带系统的局域方法近似

本文把局域方法用于包括单电子能量 t、原子内电子的库仑作用 U、原子间电子的库仑作用W和交换作用J 的窄能带系统。在U,W,J 都是正值时,计算了顺磁相的相关能,局域磁矩和反铁磁极化。结果表明:对给定的电子密度 n,保持U与W不变,相关能随J 增加而增大;局域磁矩和反铁磁极化随J 增加而减小。如U及W给定,则 n越大,J 对三者的影响越明显。     

铁磁/超导多层结构中的自旋三重配对

通过自洽求解Bogoliubov-de Gennes方程研究了具有非共线界面磁矩的铁磁-超导-铁磁多层结构中的自旋三重配对,发现非共线磁矩可以在界面区域引起一个自旋倒易散射。该散射能够将超导体中的自旋单重对转化为铁磁体中自旋相同的三重对。当超导两侧铁磁体的磁矩结构对称时,自旋相同的三重对可以分别在超导和铁磁区域的局域态密度中引起一个尖锐的零能电导峰。当铁磁体的磁矩反对称时,两侧铁磁体之间将会发生交错Andreev反射并形成自旋单重对,从而在局域态密度的零能电导峰中心产生一个明显的凹陷。局域态密度的这些特征可以通过实验测量微分电导谱加以验证。     

扩展Hubbard模型局域方法的二阶近似

本文把局域方法用于扩展Hubbard模型,在二阶近似下,计算了顺磁相的相关能、局域磁矩及由局域磁矩引起的反铁磁极化。结果表阴,当原子内库仑作用U一定,n=1时,相关能随原子间库仑作用W增加而变大,局域磁矩和反铁磁极化变小,当W和U一定时,局域磁矩和反铁磁极化随n增加而增大。     

Ni_2MnIn合金电子结构和微观磁性的第一原理计算

利用基于密度泛函理论的第一原理赝势法,研究了Ni2MnIn合金Heusler结构和四方马氏体结构的晶体结构参数、电子结构及微观磁性特征.通过对能带、各原子轨道磁矩和分波态密度(PDOS)的计算分析,发现二种结构中各原子的原子轨道磁矩、元胞轨道磁矩、元胞体积均变化不明显,两相均具有明显自旋极化现象.计算表明:四方马氏体相变导致Ni2MnIn元胞费米能下降0.495eV;Ni2MnIn结构中,In原子具有弱抗磁性,晶胞磁矩为Mn原子轨道磁矩所主导,约占元胞总轨道磁矩85%,Ni原子轨道磁矩贡献约占元胞总轨道磁矩15%.理论计算结果与其他理论值进行了对比.     

半赫斯勒合金CrMnZ(Z=P,As,Sb)的结构、磁性与半金属性

为了探究半赫斯勒合金 CrMnZ的材料与电子性质,预测其用途,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,利用 Materials studio 6.0中的 CASTEP模块建模,计算了半赫斯勒合金CrMnZ(Z=P,As,Sb）的结构、磁性与半金属性 能。通过几何优化得出,CrMnP,CrMnAs和CrMnSb的平衡晶格常数分别为5.53,5.80和6.18■,平衡状态下能量分别为-13 206.983 0,-13 175.509 6和-13 089.869 6eV。通过磁矩计算结果和能带图的分析,计算的总磁矩接近于零,并在费米能级附近存在带隙,据此认为 CrMnP和 CrMnAs合金为半金属反铁磁性材料。Cr原子和 Mn原子的磁矩呈反平行排列。通过对态密度图的分析可以得出,半赫斯勒合金CrMnZ的带隙主要来自于 Cr-3d和 Mn-3d电子的能级劈裂。CrMnP,CrMnAs和 CrMnSb分别在5.32～5.67■,5.37～5.74■和5.53～5.93■保持半金属性质。     

聚噻吩并[3,4-c]呋喃的电子结构及导电性研究

采用密度泛函(DFT)B3LYP方法优化了聚噻吩并[3,4-c]呋喃的单体和低聚物的电子结构,聚合物采用PBC方法和LSDA方法计算了性质特征,全部的优化都采用6-31G*基组计算.找出了单体、低聚体和聚合物电子结构的关系,并对其能带结构与态密度进行了分析与探讨.研究表明,并环分子的导电性能比单环分子更好.其能隙仅有0.19 eV,可以作为潜在的导电聚合物材料.     

GaAs掺杂3d过渡族金属材料的局域电子结构和磁性

运用原子团模型研究了GaAs掺杂3d过渡族金属（Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）的局域电子结构和磁性,计算采用基于密度泛函理论的离散变分方法．计算结果表明这8种掺杂元素的磁矩先增大再减小（按Sc—Ni排列）,当Mn被掺杂到GaAs后,磁矩达到极大,且Mn的磁矩在掺杂浓度为1.4％时与实验符合得很好．在包含两个掺杂原子的体系中,掺杂原子之间的耦合形式有明显的变化．对于不同的掺杂元素,掺杂原子和最近邻的As原子之间的耦合形式也有不同的变化．     

ScnN(n=2～12)团簇的磁性和热容量研究

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似方法计算了团簇ScnN(n=2～12)的总磁矩Mt、与N原子最近邻的Sc原子的局域磁矩MSc、掺杂原子N的局域磁矩MN.从原子相互作用角度出发,应用统计物理理论,计算了团簇ScnN的磁矩和热容量,研究了它们随温度的变化规律.结果表明:ScnN团簇的磁性与团簇的构型、原子相互作用、磁性粒子间的磁相互作用、团簇中的Sc原子数n有关.总磁矩随Sc原子数n呈波动性变化,当n=3,8,9,11,12时,总磁矩为零,团簇的磁性消失;当n=2,4,5,6,7,10时,团簇表现为铁磁性,其中当n=6时,团簇的磁性最强.ScnN团簇的磁矩随温度升高而减小,其变化趋势与块状磁体类似.温度较低时,磁相互作用产生的热容量CM随温度升高而增大,在某温度附近取极大值;原子相互作用产生的热容量CV在温度较低时与温度成正比,和块状磁体的CV与温度的三次方成正比不同;在对团簇的热容量的贡献中,原子相互作用占主要.     

纳米磁性颗粒小点阵体系的动力学响应

通过数值解Landau Lifshitz Gilbert(LLG)方程,来研究一个具有垂直各向异性的N×N平方点阵结构的单畴铁磁颗粒体系的动力学响应.由于磁性颗粒间的偶极相互作用,我们发现存在三种不同的典型磁矩构形分布.这些构形由磁晶各向异性和磁偶相互作用之间的竞争所决定.磁性粒子的点阵几何构形是影响磁矩翻转的重要因素,偶极相互作用的增强,引起不同位置的颗粒磁矩发生先后顺序的翻转.当初态所有颗粒磁矩都平行于 z方向,且颗粒间的偶极相互作用不足以使磁矩发生耦合翻转,反转某个磁矩所需的最小翻转场将比反转单个(即无偶极相互作用)磁矩时所需的最小翻转场小得多.该种效应随着颗粒间距的增加,将明显地减弱,最小翻转场很快地增加且趋于反转单个磁矩时所需的最小翻转场.当所有颗粒磁矩处于各种不同初态时,弱偶极相互作用加宽了翻转场的取值范围.     

Bi,Se和Te吸附n/p型石墨烯电子结构研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Bi,Se,Te在缺陷(单空位,B掺杂和N掺杂)石墨烯上的吸附结构及电子和磁性质.研究表明:在能量稳定的Bi(Se)/石墨烯吸附体系中,Bi吸附诱导产生磁性;在空位缺陷石墨烯上的吸附会改变费米能级处态密度分布,影响体系的导电性质;在B(N)掺杂吸附体系中,B比N对吸附原子的影响大;除Se在B掺杂石墨烯上吸附外,Bi,Se,Te在其它n/p型掺杂吸附体系中均显示磁性.缺陷增强了Bi,Se,Te与石墨烯之间的相互作用,对吸附体系的电子结构和电荷分布有较大的影响.     

氢原子电离三重微分截面计算中扭曲波、平面波和库仑波的比较

在玻恩近似理论中分别采用扭曲波、平面波、库仑波,计算在250、150、54.4 eV三种入射能下氢原子(e,2e)反应的三重微分截面(TDCS),并与实验数据进行对比.发现在这些入射能下,采用扭曲波和平面波描述入射电子所得的TDCS相差不大;但当考虑散射电子与核的库仑相互作用时,其计算结果比扭曲波描述的更符合实验数据.     

How many-particle interactions develop after ultrafast excitation of an electron-hole plasma.

Electrostatic coupling between particles is important in many microscopic phenomena found in nature. The interaction between two isolated point charges is described by the bare Coulomb potential, but in many-body systems this interaction is modified as a result of the collective response of the screening cloud surrounding each charge carrier. One such system involves ultrafast interactions between quasi-free electrons in semiconductors-which are central to high-speed and future quantum electronic devices. The femtosecond kinetics of nonequilibrium Coulomb systems has been calculated using static and dynamical screening models that assume the instantaneous formation of interparticle correlations. However, some quantum kinetic theories suggest that a regime of unscreened bare Coulomb collisions might exist on ultrashort timescales. Here we monitor directly the temporal evolution of the charge-charge interactions after ultrafast excitation of an electron-hole plasma in GaAs. We show that the onset of collective behaviour such as Coulomb screening and plasmon scattering exhibits a distinct time delay of the order of the inverse plasma frequency, that is, several 10(-14) seconds.     

氯化铯型离子晶体零色散波长的计算

本文从微观参数出发,计算了氯化铯型离子晶体的零色散波长。我们利用二能带模型,在紧束缚近似下,仅考虑最近邻导带电子和价带空穴之间的库仑相互作用,求得了计算氯化铯型离子晶体色散参数的表达式和零色散波长的计算公式。讨论了氯化铯型离子晶体束缚激子的结合能、极化波振子强度、零色散波长和微观参数之间的关系。     

钒掺杂碲化锌团簇结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统地研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnTe)12团簇的结构和磁性质.我们考虑了替代掺杂、外掺杂和内掺杂.不管是单掺杂还是双掺杂,外掺杂团簇都是最稳定结构.团簇磁矩主要来自V-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Te原子上也产生少量自旋.V原子之间的磁性耦合是短程相互作用.