过渡金属掺杂MgH_2的结构和磁性的第一性原理研究

为研究过渡金属掺杂对氢化物铁磁性的影响,采用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,以Mg H2为基本材料,以过渡金属(V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)元素替代2×1×2超晶胞中的Mg原子建立掺杂模型Mg1-xMxH2(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni),并计算模型自旋极化的磁性、能带结构和态密度等性质.结果表明:与Mg H2中的Mg—H键相比,过渡金属M(M=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)—H间的相互作用明显增强,造成Mg—H间强烈的离子键和部分共价键的相互作用随着过渡金属的掺杂而被削弱.掺杂体系中,V和Cr是受主杂质,而Mn、Co和Ni体系中,自旋极化率相对较低,且穿过费米能级的子带的斜率较低.研究表明过渡金属(V、Cr、Mn、Co和Ni)掺杂的Mg H2体系虽然可以导电,但电导率较小,具有比较稳定的半金属性.     

Cr掺杂闪锌矿AlP半导体的电子结构及磁性研究

在共轭梯度近似（GGA）下，采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，对Cr掺杂闪锌矿AlP半导体的基态电子结构和磁性进行研究．结果发现，Al0.5Cr0.5P体系具有显著的半金属特征，晶胞总磁矩为3μB／Cr．这对在半导体工业中实现自旋载流子注入具有一定的理论价值。     

Cr掺杂闪锌矿AlP半导体的电子结构及磁性研究

在共轭梯度近似（GGA）下，采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，对Cr掺杂闪锌矿AlP半导体的基态电子结构和磁性进行研究．结果发现，Al0.5Cr0.5P体系具有显著的半金属特征，晶胞总磁矩为3μB／Cr．这对在半导体工业中实现自旋载流子注入具有一定的理论价值。     

磁性外尔半金属的发现

外尔半金属是一种新奇的拓扑量子物态，具有手性相反的外尔点和表面态费米弧结构.这种独特的电子结构赋予了外尔半金属奇特的物理性质，如手性反常和量子振荡等.外尔半金属按照对称性不同的破缺方式可以分为中心反演对称性破缺的非磁性外尔半金属和时间反演对称性破缺的磁性外尔半金属.其中磁性外尔半金属的电子结构对磁结构的具体形式非常敏感，因此可以通过外加磁场或电场来改变磁矩的方向，以达到操控其拓扑相变和物理性质的变化.这一特性在自旋电子学领域具有潜在的应用价值.具有笼目结构的铁磁体Co₃Sn₂S₂是首个被实验证实的磁性外尔半金属.本文主要综述了磁性外尔半金属Co₃Sn₂S₂的发现，包括输运性质、理论计算和电子结构的测量，并对磁性外尔半金属未来的研究进行了展望.     

Cr掺杂BN半金属铁磁性的第一性原理计算

在广义梯度近似下(GGA)采用第一性原理平面波赝势方法,对Cr掺杂的闪锌矿稀磁半导体(DMS)B1-xCrxN(x=0.062 5,0.125)的电子结构和磁性进行了研究.结果表明掺入磁性过渡金属Cr后的BN明显呈现出显著的半金属特征,Cr原子在较小的掺杂浓度下构成了中间带隙的深层能级,使得原胞中Cr原子的局域磁矩约3μB,并且不随杂质浓度变化而改变.在B1-xCrxN(x=0.125)体系多种替位构形中,N220型的Cr-Cr铁磁耦合态最稳定,其铁磁性主要是由双交换机制引起,这对在半导体工业中实现自旋载流子注入具有一定的理论价值.     

过渡金属掺杂的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2黄铜矿电磁性质的第一性原理研究

应用自旋极化的第一性原理对过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和N i)掺杂的CuGaSe2和CuGaS2进行研究.计算结果表明:Cr和Mn掺杂的I-III-VI2稀磁半导体(DMS)表现为铁磁性质,而V、Fe、Co和Ni掺杂时表现为反铁磁性质.对稀磁半导体的磁矩研究,其结果符合一条简单的规律:当磁性离子3d的t2g轨道完全被占据时,磁性离子的磁矩比理论的期望值小;当磁性离子3d的t2g轨道处于全空时,磁性离子的磁矩比理论的期望值大;而当磁性离子3d的t2g轨道处于部分被占据时,磁性离子的磁矩与理论值的差距主要取决于晶体的对称性和磁性离子的状态.     

过渡金属掺杂的I-III-VI_2黄铜矿电磁性质的第一性原理研究

应用自旋极化的第一性原理对过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和N i)掺杂的CuGaSe2和CuGaS2进行研究.计算结果表明:Cr和Mn掺杂的I-III-VI2稀磁半导体(DMS)表现为铁磁性质,而V、Fe、Co和Ni掺杂时表现为反铁磁性质.对稀磁半导体的磁矩研究,其结果符合一条简单的规律:当磁性离子3d的t2g轨道完全被占据时,磁性离子的磁矩比理论的期望值小;当磁性离子3d的t2g轨道处于全空时,磁性离子的磁矩比理论的期望值大;而当磁性离子3d的t2g轨道处于部分被占据时,磁性离子的磁矩与理论值的差距主要取决于晶体的对称性和磁性离子的状态.     

第一性原理研究Heusler合金V_2MnBi和V_2FeBi的半金属性质

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,研究了CuHg2Ti型结构Heusler合金V2MnBi和V2FeBi的电子结构和磁性。发现这两种合金都是典型的半金属亚铁磁材料。本文还阐述了合金V2MnBi和V2FeBi的磁性和半金属性质随晶格参数的变化情况。     

过渡金属掺杂CuGaS2的磁学性质

应用基于自旋极化的第一性原理系统地对3d过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni)掺杂CuGaS2的磁学性质进行理论计算.通过对过渡金属对CuGaS2掺杂,在铁磁状态下取代不同离子(Cu和Ga)结合能的比较,我们发现:过渡金属在CuGaS2中比较容易占据Ga的位置.通过对稀磁半导体(DMS)磁性稳定性的研究,可以发现到:在Cr、Mn掺杂的CuGaS2中,DMS表现为铁磁状态,其居里温度将可能高于(Ga,Mn)As,其他过渡金属掺杂时,DMS则表现为反铁磁状态.并验算了一条判断DMS磁性状态的简单规律.     

四元全赫斯勒合金FeCrMnSi的磁性和力学性质

采用第一性原理计算方法对四元全赫斯勒合金FeCrMnSi的电子结构、半金属性和磁性,以及力学性能进行了理论计算。计算结果表明,该合金是一种半金属亚铁磁性材料,具有100%的自旋极化率,平衡晶格常数为5.594?。合金具有良好的磁性,磁性来源于Fe-3d、Cr-3d和Mn-3d轨道的电子自旋以及它们之间的相互杂化作用。研究合金的磁性和晶格常数之间的关系发现,Mn原子和Cr原子的磁矩随晶格常数的改变发生明显变化,但是由于Cr原子和Mn原子磁矩的反向耦合作用,导致合金的总磁矩不变,说明外力作用对合金磁性没有影响。通过对力学性能的研究发现,该合金具有良好的力学延展性,是一种各向异性材料。     

Zn1-xCrxO稀磁半导体薄膜的制备及磁性研究

采用磁控交替溅射方法和真空退火处理制备了Zn1-xCrxO薄膜,利用全自动X射线衍射仪和物理性质测量仪对样品的结构、晶粒尺寸及磁性等进行了测量和标度,得到了具有室温磁性的掺Cr的氧化锌基稀磁半导体.     

ZnSe高压物性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了ZnSe的三种结构岩盐结构(RS)、闪锌矿结构(ZB)及六方纤锌矿结构(WZ)的结构性质.通过等焓原理得到ZnSe从ZB结构转变为RS结构的相变压强约为15.5GPa,与实验值符合得比较好.计算出ZnSe在不同压强下ZB结构的弹性常数,通过准谐德拜模型得到不同温度下ZB结构的热膨胀系数与压强的关系等热力学性质.     

GaN相变及热力学性质的理论研究

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了GaN的纤锌矿、闪锌矿、氯化钠三种结构的结构性质以及高压下GaN的相变.利用焓相等原理得出GaN从闪锌矿结构到氯化钠结构的相变压强约为41.9GPa,与实验值和他人理论计算值相符合.通过准谐德拜模型得到了GaN的闪锌矿和氯化钠两种结构不同温度下热膨胀系数与压强的关系,不同温度下体积与压强的关系以及不同压强下热容与温度的关系.     

Cd与Se比例对CdSe量子点发光性能的影响

硒化镉(CdSe)量子点具有荧光量子产率高、稳定性好以及光谱易于调节等优点,在发光二极管、太阳能电池及荧光标记等领域有着广阔的应用前景,而研究不同工艺条件对其性能的影响具有重要意义.以金属氯化物为Cd和Se源,以巯基丙酸(3-MPA)为包覆剂利用水相回流反应法在100 ℃下反应120 min制备了系列CdSe量子点,并讨论了不同Cd与Se比例时样品的形貌、带隙及光学性能的变化.CdSe量子点的尺度在2.19~2.57 nm,最强激发峰位于431 nm,发射峰位于561 nm,吸收光谱带边从460 nm蓝移到450 nm,表明样品在合成过程中,Cd与Se比例对样品的性能有一定的影响.     

胆红素在纳米CdSe表面吸附行为的QCM研究

用石英微天平技术详细研究了胆红素在纳米CdSe晶体表面上的吸附行为.从频率测试中得出的吸附动力学参数约是(1.5±0.32)×106 M-1(平均数±相对误差).此法细致研究了CdSe悬浮液的阻抗性能和压电性能.实验中发现胆红素在CdSe纳米晶上的吸附作用受体系温度、pH和离子强度等因素影响较高温度不利于胆红素的吸收,但随着pH、离子强度和胆红素浓度的增大胆红素的吸附量明显增大.研究表明基于CdSe纳米组装的传感器对胆红素十分敏感.此技术为分析胆红素在CdSe纳米拓扑界面的吸附与解吸机制提供了有效的方法.     

四角结构CdSe纳米材料的光学稳定性研究

通过研究不同生长过程和后处理过程的四角状CdSe材料的光学性质,讨论了四角状CdSe纳米材料生长过程及其在外界条件下的光学稳定性,通过讨论生长时间对四角状CdSe纳米材料的光学性质的影响,说明了形成稳定的四角状CdSe与材料应用间的关系,而研究脉冲激发下的四角状CdSe的类激射的荧光峰说明在有机物中进行的化学合成的纳米材料具有一定的光学不稳定性,最后讨论了一定温度下较长时间退火对四角状CdSe纳米材料光学性质的影响。     

CdSe膜电极在Na2SO3溶液中的电化学调制光谱

本采用本实验室研制的T-1 EMS电化学调制光谱仪研究了电沉积CdSe电极在1mol／L Na2SO3溶液中的电化学调制光谱(EMRS)特性．实验结果表明，CdSe电极在Na2SO3溶液中的EMRS具有典型的Franz—Keldysh振荡峰．根据Aspnes提出的弱电场三阶微商电解液电反射理论，对CdSe电极的EMRS进行了定量分析，计算出了CdSe电极的禁带宽度和展宽系数等相关参数．结合EMRS随直流偏置电位的变化，快速、准确地确定出CdSe电极在NaSO3溶液体系中的平带电位值．这些参数为研究CdSe电极的半导体性质和界面结构提供了重要信息．     

纤锌矿氮化物半导体中电子-声子相互作用对表面电子态的影响

采用变分法研究了半无限纤锌矿氮化物半导体中电子表面态问题. 计及电子与表面光学声子相互作用和结构异性的影响导出了系统的有效哈密顿量, 获得了电子表面态能级、电子与表面光学声子相互作用能量分别随表面势垒的变化关系. 对GaN, AlN和InN进行了数值计算.结果表明,电子与表面声子的相互作用使电子的表面能级下降, 并且纤锌矿结构的GaN和AlN中电子-声子相互作用能量较闪锌矿结构大,而对InN情况正好相反.在计算的所有材料中纤锌矿材料的电子表面能级比闪锌矿的低几百meV.电子与表面光学声子相互作用对表面电子态的影响不应被忽略.     

用XANES研究Ga_(1-x)Mn_xN稀磁半导体的Mn原子的局域结构

利用基于实空间多重散射的XANES研究了Ga1-xMnxN(x=0.01,0.25,0.10)稀磁半导体中Mn原子的局域结构.结果表明在低Mn含量(摩尔浓度)的Ga0.990Mn0.010N样品中,Mn原子替代了GaN中的Ga,以替位形式存在.当Mn含量增加到0.025时,部分Mn原子处于被4个Ga所包围的间隙位,并与替位Mn原子形成了MnGa-MnI二聚体.当Mn含量进一步增加到0.100时,样品中的Mn原子主要以Mn团簇形式存在.     

闪锌矿型CdSe电子结构和光学性质的研究

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,计算了闪锌矿型CdSe的电子结构和光学性质。计算结果表明闪锌矿型CdSe为直接带隙半导体,禁带宽度为0.52eV。计算并分析了闪锌矿型CdSe的复介电函数、复折射率、反射率、吸收系数、损失函数和光电导率,计算得到其静态介电常数为6.18,折射率为2.49,吸收系数的最大峰值为298362.9cm1,理论计算结果与其他文献结果基本一致,为闪锌矿型CdSe的应用提供了理论参考数据。