Si空位缺陷对β-FeSi2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含Si空位的β-FeSi2 缺陷体系的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行计算。结果表明,Si空位引起了晶格结构发生畸变,能带变窄,在价带与导带之间形成一个独立能带,费米面整体向上发生微小偏移,形成了P型半导体。对光学性质的研究发现,由于Si空位的介入使其邻近原子电子结构发生变化, 静态介电常数 (0)增大; 的第一峰的位置向低能端移动,吸收系数发生微小红移。     

空位缺陷对CrSi_2光电性能的影响

采用第一性原理方法,计算含空位缺陷CrSi2的电子结构和光学性质,并分析含Cr和Si空位缺陷的CrSi2光电性能.结果表明:Cr和Si空位均使CrSi2的晶格常数和体积变小;能带结构密集而平缓,且整体向上移动,Si空位缺陷形成带隙宽度为0.35eV的p型间接带隙半导体,Cr空位缺陷在原禁带间出现两条新的能带;含空位缺陷CrSi2的电子态密度仍主要由Cr3d层电子贡献,Si空位缺陷对电子态密度的影响较小,Cr空位缺陷提高了Fermi面处的电子态密度;与CrSi2相比,含空位缺陷CrSi2的介电峰均向低能方向略有偏移且峰值降低,吸收系数明显变小.     

第一性原理计算Al掺杂的正交相Ca_2Si的电子结构及光学性质

采用基于第一性原理方法对Ca_2Si和Al掺杂Ca_2Si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;Al掺杂Ca_2Si使得费米能级插入价带中,Ca_2Si导电类型变为P型半导体,禁带宽度由未掺杂时的0.26减小到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.     

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。     

Ru2Si3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系统地计算了正交相Ru2Si3的电子结构、态密度和光学性质, 计算结果表明Ru2Si3是一种直接带隙半导体, 禁带宽度为0.51 eV; 其能态密度主要由Ru的4d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定; 静态介电函数ε1（0）＝16.83; 折射率n0＝4.1025; 吸收系数最大峰值为2.8×105 cm-1; 并利用计算的能带结构和态密度分析了Ru2Si3材料的介电函数、反射谱、折射率以及消光系数等光学性质, 为Ru2Si3光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

3∶1Au/Si体系晶体结构的理论研究

采用遗传算法与第一性原理相结合的计算方法对富金的Au3Si体系进行全局结构搜索,最低能量结构是一对称性为Amm2空间群的Au6Si2晶胞,且验证了其稳定性,并将其与Au、Si单相结构的性质进行比较研究。态密度和能带计算结果表明,Au6Si2结构中Si的p轨道电子和Au的d轨道电子发生杂化,导致p轨道电子的能级降低,使得能带结构没有带隙。热力学性质显示该Au6Si2结构的熵大于Au和Si单相晶体结构的熵,有存在的可能性。     

锂电池正极材料ε-VOPO_4的第一性原理计算

为了研究锂电池电极材料ε-VOPO_4在充放电过程中的电化学性能,利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,从锂的插层位置、形成能、能带结构、态密度及电荷布居分布等方面,对Li原子嵌入过程中,锂电池正极材料ε-VOPO_4的结构和电子性能进行研究.结果表明:Li原子在V-O八面体与P-O四面体之间的间隙能稳定存在且不会引起ε-VOPO_4结构发生明显变化. Li原子的嵌入会使结构的能带间隙从2.002 eV减小到0.895 eV,导电性增强. Li—O键的键能(-0.1e、-0.02e)接近0表明ε-Li_x(VOPO_4)_4(x=1,2)中Li原子与O原子间的相互作用很弱. Li在ε-Lix(VOPO_4)_4中的高离子性有利于Li在ε-VOPO_4化合物中可逆的嵌入和脱出.     

含氧空位立方HfO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究（英文）

利用基于第一性原理密度泛函理论框架下的平面波超软赝势法,研究了含氧空位立方HfO_2的几何结构、电子结构和光学性质。计算结果表明,氧空位缺陷对晶格参数的影响不明显。能带结构和态密度结果表明在-0.216 eV处出现了氧空位缺陷能级。通过对比纯立方HfO_2的光学吸收边,由于氧空位缺陷能级的出现,含氧空位立方HfO_2的光学吸收边向低能方向移动。此外,氧空位的出现导致了静态介电常数的增加。     

Mg_2Si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赝势平面波方法系统地计算了Mg2Si基态的电子结构、态密度和光学性质.计算结果表明Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0.2994eV;其价带主要由Si的3p以及Mg的3s,3p态电子构成,导带主要由Mg的3s,3p以及Si的3p态电子构成;静态介电常数ε1(0)=18.89;折射率n0=4.3460;吸收系数最大峰值为356474.5cm-1;并利用计算的能带结构和态密度分析了Mg2Si的介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数的计算结果,为Mg2Si的设计与应用提供了理论依据。     

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.     

N/Fe共掺杂锐钛矿TiO_2(001)面协同作用的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,本文研究了Fe在锐钛矿TiO2(001)面吸附、替位掺杂及晶隙掺杂,以及N在Fe/TiO2(001)稳定结构上的吸附及掺杂.讨论了不同掺杂后晶体稳定结构、形成能、能带结构及态密度的变化.为与表面氧空位进行对比,计算了氧空位存在下TiO2(001)面的能带结构.通过形成能的比较可以发现,Fe原子更倾向于掺杂在晶体(001)表面晶隙,N则倾向于吸附在Fe顶部,并形成稳定的N-Fe键.通过对电子结构的分析发现:稳定的N-Fe共吸附形式,使得TiO2呈现出金属性,有利于其催化氧化性能的提升.     

Mg2Si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赝势平面波方法系统地计算了Mg2Si基态的电子结构、态密度和光学性质．计算结果表明Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0．2994eV;其价带主要由Si的3p以及Mg的3s,3p态电子构成,导带主要由Mg的3s,3p以及Si的3p态电子构成;静态介电常数ε1（0）=18．89;折射率n0=4．3460;吸收系数最大峰值为356474．5cm^-1;并利用计算的能带结构和态密度分析了Mg2Si的介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数的计算结果,为Mg2Si的设计与应用提供了理论依据．     

OⅠ空位BaZrO_3晶体的第一性原理研究

利用第一性原理对BaZrO3块材的OⅠ空位进行研究.结果表明:由于存在OⅠ空位,O原子2p轨道电子与Ba原子4d轨道电子具有强烈的杂化,造成O原子向氧空位弛豫而Ba原子远离氧空位,从而形成四方晶体的有序结构.通过对布居数、态密度和能带进行分析,证明OⅠ空位使BaZrO3晶体具有铁电性.     

BaSi_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(DFT)赝势平面波方法,对正交相BaSi2的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明它是一种间接带隙半导体,禁带宽度为1.086eV;其价带主要是由Si的3s,3p及Ba的5d态电子构成,导带主要由Ba的6s,5d及Si的3p态电子构成;静态介电函数ε1(0)=11.17;折射率n0=3.35;吸收系数最大峰值为2.15×105cm-1.     

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.     

含氧空位立方HfO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于第一性原理密度泛函理论框架下的平面波超软赝势法,研究了含氧空位立方HfO₂的几何结构、电子结构和光学性质。计算结果表明,氧空位缺陷对晶格参数的影响不明显。能带结构和态密度结果表明在-0.216 eV处出现了氧空位缺陷能级。通过对比纯立方HfO₂的光学吸收边,由于氧空位缺陷能级的出现,含氧空位立方HfO₂的光学吸收边向低能方向移动。此外,氧空位的出现导致了静态介电常数的增加。     

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。     

高压下Si的结构转变与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,计算了在压力作用下Si的结构相变和弹性性质。晶胞总能的计算结果表明,Si在11.7 GPa压力下发生了从立方金刚石结构（Si-Ⅰ）到四方结构（Si-Ⅱ）的转变。能带结构和态密度的计算结果显示,Si-Ⅰ是具有间接带隙的半导体,带隙为0.71 eV,Si-Ⅱ呈现金属的能带结构特性;Si-Ⅰ和Si-Ⅱ费米面附近的能带结构主要来自于2p电子的贡献。高压下Si-Ⅰ的弹性系数计算结果表明,弹性系数C11,C12和C44均随压力的增加呈现线性增大的规律。     

OⅡ空位BaZrO3晶体的第一性原理研究

利用第一性原理对BaZrO3块材的OⅡ空位进行研究.由于存在OⅡ空位,O原子分别与Zr原子和Ba原子发生相互作用,原子弛豫改变晶体的结构,从而使晶常数格a,b和c各不相同.因此,通过对布居数、态密度和能带进行分析,证明OⅡ空位使BaZrO3晶体结构发生了改变.     

MoSi2和WSi2电子结构及光学性质的数值研究

应用基于密度泛函平面波赝势方法(PWP),考虑广义梯度近似(GGA)下的交换关联势,计算具有Cllb型体心立方结构的Mosi2和WSi2单晶的电子态密度、能带结构、介电函数、吸收系数和折射率等电子结构及光学特性参量.计算结果表明:该类晶体的价带和导带部分重合,具有典型半金属特性,其费米面附近的态密度主要是由Mo或w原子中的d电子和Si原子3p态杂化而成,对晶体导电性贡献最大的是Mo和W原子中的d电子,其光学性质表现出各向异性,沿c轴方向介电函数和折射率都存在1个向低能方向偏移(红移)且峰值较大的峰;具有Cllb型结构的MoSi2和WSi2 由于Mo和w原子价电子不同导致其电子结构和光学性质存在微小差别.