Brookite-TiO2晶体光学、 弹性和晶格热力学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究brookite-TiO₂晶体的光学、 弹性和晶格热力学性质. 结果表明： brookite-TiO₂晶体的等离子振荡频率对应能量分别为22.4,40.4 eV； brookite-TiO₂晶体结构是力学和热力学稳定的.     

镧系氮化物弹性性质与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函的第一性原理方法, 计算镧系氮化物的弹性性质、 光学性质和Debye[KG*8]温度. 计算结果表明： 轻镧系元素（Ln=La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu）氮化物(除LaN外)的体弹模量B与剪切模量G的比值均大于1.75; 重镧系金属元素（Ln=Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu）氮化物(除GdN外)的B/G均小于1.75; HoN晶体具有较高的介电常数和光学反射率; LaN晶体具有较高的折射率; 镧系氮化物的Debye温度为300~500 K, 即声子振动频率的数量级为10¹³ s^-1.     

CrN弹性和热力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立方相CrN平衡态的结构和弹性性质,计算结果与已有的实验值和理论值符合较好.首次利用准谐德拜模型计算了CrN的热力学性质,得到了不同温度下,CrN的体积随压强的变化关系,以及德拜温度、摩尔热容量、熵和内能随压强及温度的变化关系.     

ReB_2的结构和热力学性质的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算了ReB2的基本性质参数,包括晶格常数、体弹模量、体弹模量对压强的一阶导数.晶格常数的计算值与实验值及其它理论值符合较好.通过准谐德拜模型研究了ReB2热力学性质,给出了不同压强和不同温度下的热容和德拜温度的计算值,同时获得了相对晶格常数(a/a0,c/c0)、相对体积(V/V0)与压强的关系以及热膨胀系数α与压强和温度的关系.     

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.     

高压下ZrB_2的结构和热力学性质的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算了ZrB2的基本参数,包括晶格常数、体弹模量、体弹模量对压强的一阶导数,同时通过准谐德拜模型研究了ZrB2热力学性质,给出了不同压强和不同温度下的热容和德拜温度的计算值,发现热容随着压强增加而减小,德拜温度随压强增加而增加.     

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.     

六方HfB2晶体的弹性和热力学性质的第一性原理计算

【目的】研究六方二硼化铪(HfB2)晶体的弹性和热力学性质。【方法】基于密度泛函理论,运用广义梯度近似超软赝势平面波方法,对六方 HfB2晶体的结构进行了几何优化。在压强0~200GPa范围内,对六方 HfB2的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量随压强的关系进行了第一性原理计算。在零压下,运用模守恒赝势下的有限位移理论计算了六方HfB2晶体的声子色散关系。根据准谐德拜近似,由声子态密度计算六方 HfB2的焓、熵、自由能和等容热容随温度的变化关系。【结果】当压强为0时,C11=606.70GPa,C12=100.29GPa,C13=141.72GPa,C33=480.01GPa,C44=272.40GPa,BH=272.70GPa,GH=244.09GPa,EH=564.00GPa,vH=0.115,且所有弹性常量随着外加压强的增大而增大。【结论】0~200GPa范围内晶体结构稳定,无相变发生。在零压下,由声子色散关系得到的带隙为3.36×1012Hz;焓与熵随温度升高而增大,自由能随温度增加而减小;等容热容随温度的升高而增大,逐渐趋近经典极限值。
     

六方HfB_2弹性性质、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,计算了六方HfB2的几何结构、弹性性质、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,并说明了六方HfB2的晶体结构是稳定的;通过Reuss-Voigt-Hill模型计算得到了六方HfB2的体积、剪切、杨氏模量及泊松比,同时获得了六方HfB2的德拜温度,计算结果都与实验值相一致;六方HfB2的电子结构表明其具有金属性和共价性;计算得到六方HfB2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、损失函数和复光电导谱,计算得到其静态介电常数在(100)和(001)方向上分别为47.92和27.77,折射率分别为6.93和5.27,计算结果表明了六方HfB2在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,这为六方HfB2的应用提供了理论参考数据.     

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。     

BaSi2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2．15×10^5cm^-1．     

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.     

CrSi2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．     

MoS2光学性质的第一性原理计算

为研究不同层数MoS2的光学性质以及缺陷对单层MoS2光学性质的影响,利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算1～3层MoS2的能带结构、拉曼光谱和光学性质以及具有空位缺陷的单层MoS2的拉曼光谱和光学性质.研究结果表明:单层MoS2为直接带隙半导体,而2～3层MoS2为间接带隙半导体.对于1～3层MoS2的拉曼光谱,随...     

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.     

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.     

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.     

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。     

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．     

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。