二维锑烯电子结构与光学性质的第一性原理研究

二维锑烯具有石墨烯、BP、MoS2等典型二维材料相似的优越物理化学性质,在纳米光电子、生物医学等诸多领域展现了良好的应用前景,吸引了科学界的广泛关注.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对少层锑烯的晶体结构、电子结构以及光学性能进行了系统研究.计算结果表明:随着层数增加,二维锑烯由半导体向导体过渡,材料的极化能力越来越强,静介电常数也越来越大,介电函数的虚部曲线随能量的变化,发生红移,峰值越来越大,锑烯的反射系数也越来越大.吸收曲线与介电函数虚部曲线相对应,随着层数的增加,也出现红移现象,对于长波段的光,层数越少,吸收越差,但对于紫外区域,均具有较好的吸收.这有助于我们全面地了解二维锑烯纳米片的物理性能,为其在光电材料和器件中的应用研究提供更多的理论依据.     

新型二维材料APO(A=Hf,Zr)光电性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论方法,系统研究了二维(2D)APO(A=Hf, Zr)材料的结构稳定性、电子结构和光学性质。形成能、分子动力学模拟、声子色散关系和玻恩-黄力学稳定性判据均表明二维APO具有良好的结构、热力学和动力学稳定性。考虑自旋轨道耦合(SOC)效应,采用HSE06杂化泛函修正带隙的电子结构计算表明,二维APO材料为直接带隙半导体。二维HfPO沿X→Г方向有最小的电子有效质量(0.25 m₀),二维ZrPO沿X→S方向具有最大的空穴迁移率(299.17 cm²·V^-1·s^-1)。二维APO在可见光范围内具有非常优异的光吸收性能,其光吸收系数高达10⁵ cm^-1,并且不存在偶极禁阻跃迁。研究表明,二维ZrPO具有出色的光学性质,其载流子迁移率和光吸收系数均较高,是潜在的光探测器和光电存储器的材料,研究结果也可为二维APO材料的性质研究提供理论指导。     

CrN电子和光学性质的第一性原理研究

本文采用平面波赝势密度泛函理论方法研究了CrN平衡态的结构,电子和光学性质,并与现有的结构数据实验值和理论值进行比较,结果符合较好.计算得到了CrN能带结构、态密度随电子能量的变化关系以及复介电函数、折射率、吸收系数、反射系数和损失系数随光子能量的变化关系,并对其变化特征进行了讨论.     

基于第一性原理计算Stone-Wales石墨烯的光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了一种新型二维材料Stone-Wales(SW)石墨烯的光学性质。基于介电函数，反射谱和吸收谱等参数对其进行研究。结果显示这种狄拉克碳材料的光学性质在不同极化光下都表现出强各向异性。介电函数实部表明其静态介电常数大，这说明该材料具有很多可利用的自由载流子，所以具有优良的导电性，可作为新一代纳米电子器件的候选材料。此外，吸收光谱和反射光谱表明了SW石墨烯在全光谱区内具有比较敏感的光谱响应，这说明该材料在光电子器件领域非常具有应用前景。     

Ge-Ⅲ亚稳相光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Ge-Ⅲ亚稳相的电子结构和光学性质。Ge-Ⅲ相晶体是一种直接带隙半导体(带隙为0.46 eV)。对光学函数的计算表明,Ge-Ⅲ相晶体是一种具有高介电常数和高折射率的晶体。其静介电常数ε1(0)和静态折射率n(0)分别为33.9和5.82,大于相应的Ge-Ⅰ相晶体的值(16和4.0)。光子能量在2.38~14.9 eV(等离子体能量Ep)范围内,ε1(ω)<0,整个晶体显示金属性;在高频透明区(能量大于Ep),ε1(ω)>0,显示介电性。从光吸收谱上看,Ge-Ⅲ相晶体的主要光吸收区位于整个可见光及部分紫外光谱区,在能量为4.51eV处达到最大值2.77×105cm1。Ge-Ⅲ相晶体的透过率在0~0.46eV范围可达0.5,表明它可作为一种红外光学材料。在高能区(大于14.9 eV),反射率随能量的增加而骤减,透过率随能量的增加急剧增大,整个晶体表现出紫外透过的特征。能量损失谱上只有一个特征峰位于14.9 eV,对应于Ge-Ⅲ相晶体的等离子体能量。     

单层二硫化钼光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了单层和体材料二硫化钼(MoS2)的电子能带结构及光学性质.在能带结构计算的基础上,计算了单层和体材料MoS2的介电函数虚部及实部,并导出了单层MoS2的能量损失谱、吸收系数、反射率、折射率和消光系数等.同时给出了体材料及单层MoS2介电函数图像中各峰值与对应的能带带间跃迁之间的关系.所得结果与实验结果及现有的理论结果相符合.     

钠原子在二维碳材料上的吸附、迁移和存储

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究碱金属钠原子在二维碳材料M-石墨烯上的吸附、迁移和存储.计算结果表明,钠原子在M-石墨烯上吸附的最佳位点为M-石墨烯的7环中心,M-石墨烯具有迁移势垒低、存储容量大、平均开路电压值低的特性.因此,M-石墨烯可作为钠电池的负极材料.     

BiFeO3陶瓷的光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理中的密度泛函理论理论及平面波赝势法,对斜六方相的BiFeO3的电子结构、态密度及光学性质进行了计算.结果表明,在可见光范围内,当入射光波长处于390～410 nm波段时,吸收效果最好,这与实验上发现光电流最强的入射光波段相一致.此时对应的电子跃迁是从O 2p(向上)态的占据轨道向Fe 3d(向下)态的空轨道跃迁.     

掺杂CeO2光学性质和电子结构的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理对CeO2进行掺杂改性研究.通过计算未掺杂及不同掺杂情况下CeO2的几何晶体结构、能带和态密度、光学吸收谱.比较发现Fe和N元素单掺杂以及共掺杂后,晶胞都发生了畸变,体积变大;三种情况的掺杂后,导带均下移,导带变宽,密度减小;每种掺杂情况的光吸收曲线都比未掺杂的曲线高,都可以提高Ce...     

钛酸铅光学特性的第一性原理研究

采用广义梯度近似下的密度泛函方法对PbTiO3顺电相进行研究.计算得到PbTiO3直接带隙及间接带隙的大小分别为1.77和1.66eV,且研究了PbTiO3的介电函数、反射系数、吸收系数、能量损失系数、折射系数和湮灭系数等光学性质,并基于电子能带结构对光学性质进行了解释.     

新型二苯基乙炔非线性光学材料

首次用对甲氧基苯乙炔铜与对碘硝基苯反应,定量地得到了对甲氧基对硝基二苯基乙炔,其非线性光学效应较大,SHG粉末效率是MNA的两倍.培养了尺寸为3mm×3mm×0.2mm的单晶,晶体结构的对称性为三斜晶系,空间群为P1。     

聚合物材料PPV及PPyV光电性质的第一性原理研究

运用密度泛函理论平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),研究了聚对苯乙烯(poly-paraphenylene vinylene,PPV)材料的结构、电学性质以及光学性质。分析其电子态分布与结构的关系,给出了聚合物PPV掺杂前后体系的态密度及能带结构。在标准条件下,PPV单胞内的原子均在同一平面上,其结构常数如键长和键角与实验及理论值符合较好。将PPV的一个C原子用N原子替代,即聚乙烯吡啶(PPyV),计算发现,其能带图与PPV材料相比有细微差别,相对于PPV,吸收谱的波形基本相同,而吸收峰明显发生蓝移。通过比较可知,研究所得结果与现有文献相符。     

Cu掺杂A-TiO_2电子结构和光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研究了Cu掺杂的A-TiO_2的电子结构和光学性质.结果表明,p型Cu掺杂会在禁带中引入杂质能级,同时杂质能级的数目随着掺杂Cu原子的增加而增多.由于杂质能级的出现,掺杂体系的禁带宽度变宽但有效禁带宽度降低,电子从低能级向高能级跃迁所需的光子能量变小,掺杂体系吸收谱的吸收峰发生明显的红移.掺杂体系在可见光区(680nm处)出现新的吸收峰,当Cu原子掺杂摩尔分数为4.17%时,A-TiO_2对可见光的净吸收最优,可有效提升A-TiO_2光催化剂的性能.可为制备高效的TiO_2半导体光催化材料研究提供参考.     

Pt掺杂锐钛矿型TiO2电子结构和光学性质第一性原理研究

为了研究Pt掺杂对锐钛矿型TiO2电子结构和光学性质的影响,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,对未掺杂和Pt掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构和光学性质做第一性原理计算。得到了掺杂前后的品格结构常数、结合能电子态密度分布、能带结构、介电函数虚部、光吸收系数等性质,定性地分析了掺杂前后能带结构和光学性质的变化。研究结果表明,Pt掺杂锐钛矿型TiO2带隙中能产生新的能带,而且能带位置明显下移,掺杂后不但能使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,表现出较高的光催化活性,理论与实验基本吻合。     

Si在Au(111)面的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理,对Si原子在Au(111)表面和体内掺杂的电子结构和光学性质进行了比较研究。结果表明,在Au(111)体内掺杂时,Si原子与周围六个Au原子成键,p电子更局域。电荷密度分析表明,掺杂Si后,Au原子周围的电子密度明显减少,而SiAu原子之间的电子密度明显增加,电子由Au原子向SiAu原子之间转移。通过计算Mul-liken键级表明,SiAu原子之间形成共价键,表面掺杂时的SiAu键级比体内大。吸收谱的计算表明,在体内掺杂Si原子时的吸收谱明显增强。     

N-(对硝基苯偶氮苯)-苯胺基苯的表征及光学性质研究

合成并表征了N-(对硝基苯偶氮苯)-苯胺基苯,制备了掺N-(对硝基苯偶氮苯)-苯胺基苯聚合物薄膜,并测试其光谱特性和折射率.根据光谱特性分析用632.8 nm的He-Ne激光用光泵浦测试法研究了薄膜光致双折射效应.结果表明该样品薄膜具有良好的光学性质并有望成为新型的光信息存储材料.     

团簇-电极距离和门电压对团簇Al4输运性质的影响

该文用第一性原理非平衡格林函数方法研究了团簇与电极之间的距离和门电压对团簇Al4输运性质的影响.团簇Al4放置在两个半无限长的Al(100)电极中.研究结果发现:体系平衡电导随电极距离的增大并不是单调变化,而是先增大,后减小;随着门电压变化,平衡电导呈现出振荡行为,且团簇与电极之间的距离对其平衡电导的振荡特性有很大的影响.当接触距离固定时,团簇Al4体系的导电率随着门电压变化出现高电导态和低电导态,表现出一种分子开关行为.通过分析各种情况下体系费米能级处的总态密度(DOS),我们发现系统的平衡电导的变化来源于费米能级处态密度的变化.如门电压引起的电导振荡行为是由于在门电压的作用下,Al4团簇的能级发生移动使得团簇的能级和电极的费米能级连接发生变化,从而导致系统在费米能级处的总态密度的变化.电荷转移分析显示:无论是改变团簇电极间的距离,还是改变门电压,电荷转移都不是平衡电导变化的主要因素.     

LiNbO3光学性质与热力学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的赝势平面波法系统计算了LiNbO3晶体的电子结构、晶格振动和热力学性质,分析了掺杂抗光散射离子Mg2+和Sc3+对光学性质的影响.结果表明:室温时LiNbO3晶体的恒容热容为22J/mol·K,600K时,徳拜温度达到772.LiNbO3晶体中掺入Mg2+或Sc3+离子,导致光学性质发生明显改变,极限介电常数由4.8降低到3.7,极限折射率n0由2.2降低到1.9.     

元素氯高压属性的第一性原理研究

应用第一性原理密度泛函理论,研究了元素氯在高压下的属性.电子能带的计算结果指出,在130GPa氯元素从常压的绝缘体结构转变为了高压下的金属结构,发生了金属化,此转变是由能带交叠引起的,此时氯的分子相并没有发生结构相变.结构定标法则也指出氯的金属化压力接近130GPa.电子局域函数清晰地显示出了电子局域的变化情况;高于130GPa时,分子周围的电子向分子间的位置发生转移,使得此结构显现出金属性.通过综合分析弹性常数随压力的变化情况可知,氯金属化是与压力大于130GPa时弹性常数C55的软化有关.