金属Fe、Y单掺杂TaON的电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软赝势方法,研究金属Fe、Y单掺杂对斜锆石相TaON电子结构和光学性质的影响.研究结果表明,掺杂后TaON电子结构和光学性质的变化主要源于杂质原子d态电子的贡献.Fe、Y掺杂均在禁带中引入了新的杂质能级,并使费米能级处的态密度值有所增加,带隙宽度有所减小,从而导致吸收光谱的吸收边沿发生明显的红移,说明Fe、Y掺杂对于提高TaON的可见光催化性能和电输运性能起到很好的促进作用.两相比较,就提高光催化性能和电输运性能来说,Fe掺杂的效果优于Y掺杂.     

过渡金属M(V,Cr,Mn)掺杂ZnS的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对ZnS和掺杂过渡金属V,Cr,Mn的ZnS超晶胞结构进行结构优化,计算了掺杂前后的电子结构和光学性质,对结果进行了比较分析.结果表明:掺杂系统在费米能级附近出现了不对称的现象,这部分的态密度主要由过渡金属的3d态贡献;ZnS和掺杂过渡金属V,Cr,Mn的ZnS系统的光学性质在低能区域有较大的差异,与ZnS相比,掺杂系统的吸收边发生红移.     

ScB_2的高压结构和电子性质的密度泛函计算（英文）

本论文用广义梯度近似(GGA)密度泛函方法研究了具有AlB_2结构的ScB2从0GPa到100GPa高压下的结构和电子性质.在0GPa下的结果与现有实验和理论数据相符.获得的结构性质的压强依赖性显示出ScB2的结构受压强的影响很小.另外还计算了高压下ScB_2电子的态密度和部分态密度.我们发现高压强明显的改变了电子态密度分布的轮廓,并且还发现费米能级附近的态密度随着压强的升高而减小,表明高压下ScB2电子杂化轨道能量在下降.     

第一性原理对Cd_nSe_n(11≤n≤16)和Cd_(15)Se_(16)Ag纳米团簇电子性质研究

由于自身电子性质的可协调性,镉硫族半导体尤其是掺杂的纳米半导体团簇吸引了广泛关注.采用密度泛函理论的方法对Cd_nSe_n(11≤n≤16)和Cd_(15)Se_(16)Ag稳定结构进行了模拟研究分析.考虑到Ag原子掺杂在Cd_(16)Se_(16)纳米团簇中位置的不同,主要讨论了两种可能的掺杂位(S_1,S_2).基于此,详细地分析了Cd_(15)Se_(16)AgS_1和Cd_(15)Se_(16)AgS_2团簇的几何结构和电子性质.Ag原子的掺杂改变了其自身的对称群和大小,而Ag原子掺杂位置的不同也被重点关注.此外,详细分析了结合能、带隙、态密度和电荷密度分布.结果表明掺杂后引入了一个新的能级,该能级被称为受主能级.介于价带和导带间的受主能级电荷密度的贡献主要来自于Se原子的p轨道和Ag原子的d轨道.这些说明了Ag原子掺杂和掺杂位置是两个影响着团簇电子性质的重要原因.     

超晶格量子阱中的量子力学效应

半导体超晶格由于其特殊的结构,产生了许多新的量子现象.以GaAs/AlAs结构为例,运用薛定谔方程,结合边界条件,对量子阱现象进行了浅析,求得阱中的二维电子气在沿材料生长方向上的能级是分立的,即量子阱中由于局域效应存在着一系列的子能级,且从电子的能态密度的定义出发,计算出其二维电子的能态密度与能级无关.     

金属电极电位与费米能级的对应关系

通过计算机编程,建立了几种典型金属的原子团晶体模型.应用实空间Recursion方法,计算了这几种金属在纯净状态下的费米能级与电子态密度.由此得出随着金属的费米能级的升高,其电极电位会随之下降.而电子局域态密度分布在高能区的金属易失去电子,进行氧化反应.     

Fe掺杂SiC纳米管的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,在局域自旋密度近似下,系统研究了Fe掺杂SiC纳米管电子结构和磁性.计算结果显示用Fe替代C时SiC纳米管显示反铁磁性,而Fe替代Si却出现铁磁性特征,是一种半金属磁性材料.形成能计算结果显示铁磁性结构比反铁磁性结构低3.2eV,Fe原子更容易替代Si原子,两种掺杂的基态都诱发了自旋极化现象.同时,掺杂的Fe原子都向管外发生了一定的弛豫,Fe替代C掺杂发生了较大的几何畸变,但掺杂并未破坏SiC纳米管整体几何结构.能带结构和态密度计算显示在费米能级附近出现了更多弥散的能级分布,特别是Fe替代Si出现了明显的自旋劈裂现象,发生了强烈的p-d杂化效应,自旋电子态密度的计算结果揭示磁矩主要来源于Fe原子未成对3d电子的贡献.这些结果表明过渡金属掺杂SiC纳米管也许是一种很有前途的磁性材料.     

表面态对AlGaN／GaN异质结构2DEG影响的模拟分析

利用模拟软件研究施主表面态特性与AlGaN/GaN异质结构中二维电子气（2 dimensional electron gas,2DEG）形成之间的关系,分析施主表面态电离过程以及表面态能级位置、表面态密度的影响。结果表明：施主表面态为2DEG的电子来源;Al-GaN能带分布及2DEG密度随AlGaN厚度、施主表面态能级位置、施主表面态密度的改变而改变。     

V掺杂CrSi2能带结构的第1性原理计算

 采用基于第1性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法和广义梯度近似,计算了V掺杂CrSi₂体系的能带结构和态密度,计算结果表明,本体CrSi₂是具有ΔE_g=0.35eV狭窄能隙的间接带隙半导体,其费米面附近的态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的态密度决定;V替代Cr掺杂后,费米能级进入价带,费米面插在价带的中间,带隙变窄,且间接带隙宽度ΔE_g=0.25eV;掺杂后费米面附近的电子能态密度则由Cr的3d层电子、V的3d层电子和Si的3p层电子的态密度共同决定,掺杂后V原子成为受主,在价带顶附近贡献了一定数量的空穴,使掺杂后CrSi₂的导电类型变为p型,提高了材料的电导率.     

AgSbTe_2材料电子结构和热电性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的线性完全势缀加平面波法(FLAPW)研究了AgSbTe2材料的电子能带结构和电子态密度.利用广义梯度近似(GGA)处理交换关联势,在自洽计算的基础上,利用弛豫时间近似下的线性玻尔兹曼输运理论计算了AgSbTe2材料的Seebeck系数随温度的变化.计算结果表明,电子总态密度主要由Ag原子和Te原子贡献,而在费米面附近的总态密度主要是由Te原子提供,而Te的p轨道态密度是总态密度的主要来源.同时发现,在300-600K的温度范围内,材料的Seebeck系数随着温度增加而增大,当温度为T=550K时Seebeck系数达到一个较为稳定的值137μV/K.     

用第一性原理研究AlCu_2Ti晶体的电子结构(英文)

用广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法,研究了AlCu2Ti的电子结构.结果表明,总的态密度不仅依赖于过渡金属的位置,而且过渡金属的dDOS在价电子的杂化中起着关键作用.铝的3s态被排斥远离费米能级,铝的3p态比d态更扩展.总的态密度由铝的3p态调节,并且在电子间的相互作用中,铝的3p态比d态更敏感.特别地,AlCu2Ti表现出较平的DOS和弱的金属性.     

团簇Ni3CoP电子性质与磁性研究

设计团簇Ni_3CoP模型对非晶态合金Ni-Co-P进行局域结构的模拟,基于密度泛函理论(DFT)并在B3LYP/Lanl2dz水平下运用Gaussian 09程序对其进行结构优化以及有关电子性质与磁性的计算,对所得到的理论数据进行分析.结果表明:团簇Ni_3CoP费米能级左侧的最高峰由Ni-d、Co-d、P-p共振产生,形成了d-d-p杂化的成键轨道,并主要由Ni-d轨道贡献;对于团簇Ni_3CoP内部的电子转移,以P原子提供电子的能力最强,Co原子次之,Ni原子则整体以接受电子为主.团簇Ni_3CoP 3重态下的构型具有磁性,且Ni原子磁矩对团簇总磁矩的贡献较大.分析d轨道的电子自旋态密度图,发现其对称性最不好,这说明其上的成单电子最多,是团簇磁性的主要来源.同时,研究还发现p轨道对团簇磁性的贡献同样不可忽略.     

Cr含量对Ti-V-Cr合金结构稳定性及抗腐蚀性 影响的电子结构计算

在合金体系中添加合金化元素来提高合金体系的抗腐蚀性是科学研究的重要手段之一.首先讨论了不同Cr含量下,Cr原子的分布对合金结构稳定性的影响.在此基础上,通过计算不同Cr含量的Ti-V-Cr合金体系的内聚能和形成能、费米能级和态密度,从电子层次分析Cr含量对Ti-V-Cr合金体系抗腐蚀性的影响.结果表明:随着合金体系Cr含量的增加,合金体系的内聚能升高,表明合金体系结构稳定性在降低;形成能均为负值,表明合金都稳定存在.态密度的研究表明,随着Cr含量的增加,赝能隙逐渐消失,合金体系中相邻原子间的成键作用减弱,合金体系的结构稳定性随着Cr含量的增加而降低,与内聚能的计算结果一致.态密度的研究还表明,随着Cr含量的增加,合金体系的费米能级在降低,费米能级处的总态密度值明显减小,并且态密度最大值向低能级方向移动,合金体系失电子能力减弱,有利于提高合金体系的抗腐蚀性.     

四元Heusler合金CrFeMnAl的结构和磁性

研究了四元Heusler合金CrFeMnAl的结构和磁性。基于密度泛函理论(DEF)的第一性原理方法,借助于Materials Studio 6.0软件,对其晶体结构进行了优化。得到的最优晶格常数为5.86(0),总磁矩为0。进行了能带结构和态密度的分析,得到如下结论:四元Heusler合金CrFeMnAl自旋向上方向费米能级附近态密度为0;自旋向下费米能级处态密度不为0,磁性主要是Cr原子3d电子分别与Fe原子3d和Mn原子的3d劈裂杂化所致,CrFeMnAl是一个半金属惠斯勒合金。     

聚乙炔中双激子和两个单激子的稳态性质

在Su-Schrieffer-Heeger (SSH)模型基础上,计入长程电子关联的影响,研究聚乙炔分子链中双激子态与2个单激子态的稳态性质,比较不同关联强度下激子的晶格位形、能级、电荷密度波、自旋密度波以及吸收谱线.结果表明:零电子关联下分子链中的2个单激子不能稳定存在；激子半径均随着关联强度的增加而减小；与双激子的...     

Full-Heusler合金Ni_2MnSn力学性能和电子性能的第一性原理

Heusler合金,是有序的三元金属间化合物。围绕full-Heusler合金Ni_2MnSn力学性能和电子性能展开计算,利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,从量子力学角度考虑了电子的电荷特性和自旋特性。建立full-Heusler合金Ni_2MnSn的结构模型,计算最优化晶格常数、能带结构和态密度;测试其体模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比。计算得到总磁矩为-4.34μB,其中Mn原子的磁矩对总磁矩贡献最大,并通过对Ni_2MnSn态密度及各个原子态密度的分析,发现磁性来源于Mn原子的能级劈裂。在几何优化的基础上,进行了Ni_2MnSn的力学性能计算,发现Ni_2MnSn具有很好的延展性和塑性。     

SCB2的高压结构和电子性质的密度泛函计算

本论文用广义梯度近似(GGA)密度泛函方法研究了具有AlB2结构的ScB2从0Gpa到100Gpa高压下的结构和电子性质。在0Gpa下的结果与现有实验和理论数据相符。获得的结构性质的压强依赖性显示出ScB2的结构受压强的影响很小。另外还成功的计算了高压下ScB2电子的态密度和部分态密度。我们发现高压强明显的改变了电子态密度分布的轮廓,并且还发现费米能级附近的态密度随着压强的升高而减小,表明高压下ScB2电子杂化轨道能量在下降。     

羟基磷灰石生物材料的第一原理计算

通过密度泛函理论计算来研究原子尺度羟基磷灰石晶体结构和电子结构,结果表明,羟基磷灰石为P63空间群六方单胞,点阵参数为a=0.9302nm、b=0.9303nm、c=0.6770nm,α=90°、β=90°、γ=120°.单胞总态密度主要是由各原子s,P,d电子态组成,费米能级主要是氧的2p4轨道的贡献,表明单胞结构中氧的2p电子最活泼,将优化后结构的衍射图谱和实验衍射图谱进行了比较,匹配较好.     

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.     

SP~3杂化的气体分子在金红石相二氧化钛(110)面吸附规律与特性

采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了sp3杂化气体分子H2O,NH3和CH4在金红石相Ti O2(110)表面的吸附.研究发现:含有氧空位的表面较无氧空位表面更容易吸附气体分子.影响吸附稳定性和吸附能的主要因素是分子的极化率,分子极化率越大,吸附越稳定.表面氧空位对分子负电荷中心的吸附是整个吸附的主要原因.通过差分电荷密度和电荷布居数分析来看,表面与吸附分子存在电荷转移,转移电子数目大小为:NOC,吸附方式为化学吸附,吸附稳定性为NH3H2OCH4.通过态密度、吸收谱和反射谱分析发现,表面氧空位缺陷使材料在费米能级附近出现了态密度峰值,极大地改变了材料的光学性质,占主导作用;而表面吸附H2O,NH3,CH4分子后对表面的光学性质影响相对较低,占辅助作用.O,N,C原子的电子在费米能级附近的态密度贡献为NOC,与转移电子数目顺序一致.相比氧空位表面,吸附CH4后对材料的光学性质影响不大,但吸附H2O和NH3后其吸收系数和反射率有所降低.这为进一步研究该材料的气敏传感特性提供了理论基础.