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.     

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.     

单原子层角GeC_2-碳锗二炔稳定结构第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函方法研究了类石墨二炔的碳锗二炔结构及性质,获得了γ-碳锗二炔的几何结构及电子结构,得到其稳定的构型是Ge原子在六角晶格顶点、晶格常数为12.089的单原子层低褶皱蜂窝状结构,为半导体材料,带隙值是0.523 e V.     

K掺杂β-BaCu_2S_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

为探究K掺杂对β-BaCu_2S_2晶体电子结构和光学性质的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波理论方法,对不同K掺杂比例β-BaCu_2S_2的电子结构和光学性质进行理论计算和分析.计算结果表明:β-BaCu_2S_2是一种直接带隙半导体,带隙值为0.566 e V.由其能带结构可知,随着K掺杂比例的增加,β-BaCu_2S_2晶体的带隙变窄,导电性增强.此外,随着K掺杂物质的量比例的增加,晶体静态介电常数明显变大,说明此时有电子从价带跃迁到导带.K掺杂可以明显改变晶体的光学性质,随着K掺杂物质的量比例的增加,晶体吸收系数的吸收边发生红移.研究结果说明K掺杂可以改变晶体的电子结构,调制晶体的光学性质,这为β-BaCu_2S_2光电材料的实际应用提供了一定的理论指导.     

BeSiN_2和MgSiN_2晶体稳定性和电子结构的第一性原理研究

自然条件下,BeSiN_2和MgSiN_2以正交晶系(α相)存在.施加压力之后,这两种材料会产生新的相(分别记作β相,γ相和δ相).运用密度泛函理论对材料的晶格参数进行了模拟;使用线性响应函数方法(密度泛函微扰理论)计算了材料的声子色散关系,得出:在无外界压力时,γ-BeSiN_2,δ-BeSiN_2和γ-MgSiN_2结构不稳定,而其余各相可以稳定存在.运用密度泛函理论(分别使用PBE泛函和HSE泛函)得到其能带结构:其中β-BeSiN_2和β-MgSiN_2具有直接带隙,而其他6种相都是间接带隙;之后运用多体微扰理论框架下的GW方法对BeSiN_2和MgSiN_2布里渊区高对称点的能量值进行了修正;其中α-MgSiN_2的带隙宽度为5.55 e V,和实验值5.6 e V吻合.     

SnS电子结构和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平面波超软赝势方法, 建立了SnS超晶胞模型并进行了几何结构优化, 对其能带结构、态密度、电荷密度及光学性质进行了模拟计算. 结果显示, SnS是一种直接带隙半导体,计算所得的带隙值0.503 eV低于实验值的1.3 eV.态密度计算表明,SnS是具有一定共价性的离子键晶体.当光子能量在0 ~ 3.10 eV和大于7.47 eV范围内时,晶体表现为介电性,在3.10 ~ 7.47 eV范围内晶体表现为金属性.SnS具有数量级105 cm-1的吸收系数,能强烈地吸收光能.     

第一性原理研究MoS2的电子结构及光学性质

为了系统深入地研究MoS_2的电子能带结构和光电性质,基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算和分析了材料MoS_2的电子结构及其光学性质,给出了MoS_2的能带结构、光吸收谱、电子态密度、能量损失谱、反射谱、介电函数谱等光学性质。计算结果表明:体材料MoS_2的电子跃迁形式是非垂直跃迁,具有间接带隙的半导体材料,带隙宽为1.126 eV;价带和导带的形成是由Mo和S的价电子起作用产生的。通过分析其光学性质,发现MoS_2的介电函数的实部和虚部的峰值都出现在低能区,当光子能量的升高,介电函数值会缓慢降低;材料MoS_2对可见紫外区域的光子具有很强的吸收,最大吸收系数为3.17×105cm~(-1);MoS_2在能量为18.33eV位置出现了共振现象,其它区域内能量的损失值都趋于为0,说明电子之间共振非常微弱。这些光学性质奠定了该材料在制作微电子和光电子器件方面的作用,尤其是在紫外探测器应用方面有着潜在的应用前景,为未来对MoS_2材料的进一步研究提供理论参考。     

SiO2/ZnO 三维光子晶体的制备及光学性质

采用垂直沉积法制备了三维SiO2光子晶体模板。以醋酸锌为前躯体,成功制备了SiO2/ZnO三维复合光子晶体。扫描电子显微镜测试结果表明SiO2和SiO2/ZnO光子晶体均为面心立方结构排列。光学测试表明SiO2和SiO2/ZnO周期性阵列均在[111]方向出现了光子带隙。当具有较高折射率的ZnO材料包覆后,SiO2/ZnO 光子晶体[111]方向光子带隙的中心波长发生红移,光子晶体基元材料的有效折射率有所增加。同时,光子晶体的光学性质与样品内部的缺陷态密度密切相关。     

C_3N_4基本性质的第一性原理研究

通过第一性原理方法计算得到α-C3N4、β-C3N4、Cubic-C3N4、Pseudocubic-C3N4、Graphitic-C3N4的光学及电学性质.结果表明,α-C3N4、β-C3N4、Cubic-C3N4为间接带隙半导体,Pseudocubic-C3N4与Graphitic-C3N4为直接带隙半导体,它们的带隙依次减小,分别为3.886、3.273、3.023、2.592、1.260 eV.光学性质显示,C3N4的光吸收有2个吸收峰,而且都在紫外光区,α-C3N4、β-C3N4、Cubic-C3N4、Pseudocubic-C3N4对应的是σ的跃迁,Graphitic-C3N4对应的是σ跃迁和π跃迁.C3N4的光导率谱显示,C3N4具有较宽的光导率响应区间,且有较大的峰值,其中Pseudocubic-C3N4的峰值最大,说明它的光导性能最强.     

应变调控单层2H-MoS2的能带结构和光学性质

为了从电子层面分析应变对能带结构以及光学性质产生影响的机理,采用密度泛函理论研究了应变对单层2H-MoS₂能带结构、光学性质、载流子迁移率和光催化分解水的影响.结果表明：晶格拉伸后带隙由2.15 eV减小到了1.65 eV,而晶格压缩后带隙由2.15 eV增大到2.66 eV.随着拉应变的增大,吸收曲线产生了蓝移,压应变对光学吸收系数的影响刚好相反.电子的载流子迁移率比空穴的大10倍左右,所以光照下电子和空穴能够有效的分离.综合光的吸收系数和光催化制氢条件这两个方面的因素可知,应变在2%、-2%、-6%这三种情况下能够得到最好的光催化制氢效果.     

MoTe2的电子结构及光学性质的理论研究

利用密度泛函理论第一性原理方法对MoTe_2的能带结构、能态密度和光学性质进行了理论计算,得到能带结构、态密度、光吸收谱、能量损失谱和介电函数等光学性质。结果表明:MoTe_2具有间接带隙宽度为1.066 eV的半导体材料,价带主要由Mo的5s4p价电子和Te的5s5p价电子起主要作用;导带由Mo和Te的4d价电子起主要作用。由获得的光学性质可知,介电函数的实部和虚部的峰值都出现在低能区;位于可见到紫外区域的光子具有很强的吸收,最大吸收系数为2.84×10~5cm~(-1);同时在光子能量为16.40 eV处出现了共振现象,其它区域内电子之间共振非常微弱。这些光学性质奠定了该材料在制作微电子和光电子器件方面的作用。     

单轴应变对BaHfO3电子结构与光学性质的调制影响

从第一性原理出发,在广义梯度近似(GGA)下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法,着重研究了单轴应变对钙钛矿型陶瓷材料BaHfO3电子结构与光学性质的调制影响。研究结果表明:无应变作用时,BaHfO3是一种宽禁带绝缘体;施加单轴应变后其逐渐呈现半导体材料的特征。BaHfO3带隙随拉应变增加线性减小,压应变与带隙则具有明显的非线性关系。对光学性质的分析发现:施加压(拉)应变后,介电函数虚部尖峰增多(减小),光学吸收带边产生蓝移(红移)。此外,单轴应变作用下BaHfO3的静态介电常数和折射率均变大。上述研究表明施加单轴应变有效调制了BaHfO3的电子结构和光学性质,计算结果为应变BaHfO3光电材料的设计与应用提供了一定的理论依据。     

黄铜矿MgGeP2的几何结构，弹性性质和热学性质的研究

利用第一性原理的密度泛函方法对MgGeP_2结构性质,弹性性质和热力学性质进行了系统的研究,得到了平衡态的晶格常数,能带带隙,弹性系数和其他相关的热力学参数.通过对结果进行理论分析发现:MgGeP_2在零压下属于直接带隙半导体,带隙值为1.522eV.而弹性性质计算说明MgGeP_2是各向异性且具有良好塑性的材料.在0~40GPa的压强和0~800K温度范围内,利用准谐德拜模型理论计算了热膨胀系数,热容CV和Cp,熵和德拜温度随压强和温度的变化趋势.     

电介质和磁介质光子晶体光学特性分析

从电磁场麦克斯韦方程组出发,将光子晶体的电磁场分析问题归结为求解电磁本征函数问题,明确求解光子晶体遵循的物理原理和数学方法.针对由电介质构成的光子晶体,分析该光子晶体周期结构下TE和TM入射光波的带隙特性和缺陷结构下的能量集聚特性,计算结果表明,光子晶体的频带特性与其几何结构紧密相关,通过改变光子晶体尺寸,可使其获得良好的带隙特性.针对磁介质构成的光子晶体,分析磁性光子晶体的频率特性,计算结果表明,磁性光子晶体具有和电介质光子晶体相似的光学性质,也具有频率禁带特性,其与入射波性质、光子晶体几何尺寸、磁介质参数紧密相关.     

四种新型磷烯电子结构及光学性质的第一性原理研究

黑磷(α-P)是兼具石墨烯和二维过渡族金属硫化物优点的新型二维材料,近期成功预测的新型磷烯ε-P,ζ-P和θ-P,具有与黑磷相似的蜂窝状褶皱结构.本文采用第一性原理方法,研究了4种新型磷烯(α-P,ε-P,ζ-P和θ-P)的电子结构及光学性质.结果表明:α-P和ε-P为具有1.542和0.973 eV直接带隙的半导体,ζ-P和θ-P为具有1.874和1.772 eV间接带隙的半导体;它们均表现出强烈的紫外吸收和紫外反射,可用作紫外探测设备或紫外防护材料,能量损失集中在紫外区域,具有良好的储光性能.     

GaN电子结构与光学性质的第一原理研究

采用了基于密度泛函理论和广义梯度近似方法计算了GaN电子结构和光学性质.计算结果表明,GaN属于直接带隙半导体,静态介电常数为5.72,折射率为2.2.并利用计算所得图形,分析了GaN的能带结构、态密度、介电函数、折射率和能量损失函数,从理论上阐述了GaN材料电子结构与光学性质的关系,计算结果与实验结果相符.     

NaCaF3晶体的电子结构及光学性质

基于第一性原理超软赝势平面波方法,对钙钛矿结构NaCaF_3晶体的电子结构与光学性质进行了研究.对NaCaF_3晶体的结构进行了几何优化,计算了其能带结构、态密度、介电函数、能量损失函数、反射光谱和吸收光谱,获得了相关的光学性质.研究结果表明NaCaF_3晶体是间接带隙化合物并具有宽带隙,而且表现出光学各向异性,其光反射峰值的位置和能量损失函数计算的结果相吻合,光学吸收边在4.989 e V处.此外,根据介电函数虚部的色散关系可推断出其在较高能量的光谱范围内具有良好的透过率.     

四方ZrO_2弹性常数、电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了四方ZrO2的弹性常数、电子结构和光学性质.计算得到的晶格常数和弹性常数均与实验值相符;计算结果表明四方ZrO2的晶体结构是稳定的,四方ZrO2属于间接带隙氧化物,禁带宽度为4.06 eV.经带隙校正后,计算得到四方ZrO2在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、反射光谱、吸收光谱、损失函数和光电导谱;计算得到其静态介电常数在(100)和(001)方向上分别为4.83和4.30;折射率分别为2.20和2.07;计算结果表明了四方ZrO2在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,这为四方ZrO2的应用提供了理论依据.     

应变超晶格(InxGa1-xAs)n/(GaAs)n(001)的电子结构和光学性质

用半经验的紧束缚方法ｓｐ３ｓ＊计算了薄层应变超晶格（ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ）ｎ／（ＧａＡｓ）ｎ（００１）的电子结构．给出了组份Ｘ为０．５３的超晶格（ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ）ｎ／（ＧａＡｓ）ｎ的带隙值随层厚ｎ的变化关系,以及超晶格（ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ）１２／（ＧａＡｓ）１２的带隙值随组份Ｘ的变化关系．在得到超晶格能量本征值和本征函数的基础上,计算了该超晶格系统的光学介电函数虚部,并与体材料ＧａＡｓ和体合金ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ的光学性质作了比较．计算结果表明,应变超晶格在较宽的能量范围有较好的光谱响应．     

纳米碳光子晶体的研究进展

本文介绍了纳米碳一维(1D)光子晶体、二维(2D)光子晶体和三维(3D)光子晶体在理论和实验方面国内外的研究进展。重点评述了主要由C60和石墨构成的三类光子晶体的结构特点及带隙性质,并提出C60及其衍生物可能成为未来可见光、紫外线波段光子晶体的候选材料。