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。     

Sb、In掺杂对SnO半导体能带结构的影响

基于密度泛函理论第一原理,利用平面波超软赝势法计算了SnO超胞掺杂不同含量Sb和In元素后的能带结构、态密度和分波态密度变化特性.研究发现,Sb和In元素掺杂都可使SnO半导体的禁带宽度变窄,导电特性显著提高.Sb掺杂后,SnO为n型半导体,其导电带底部明显下降,掺杂浓度越高,电导率越强,这更有利于SnO半导体异质结和器件制备.In掺杂后,SnO的费米能级显著地接近价带,表现出p型导电特性.     

非磁性Weyl半金属第一性原理计算研究

基于WIEN2k软件,对一系列非磁性Weyl半金属进行了第一性原理计算研究,内容包括TaAs家族、WTe2与MoTe2、WP2与MoP2体系的电子态密度与能带结构.将本文结果与已发表的理论计算和实验结果进行了对比.研究表明,几个体系都在费米能级处具有较低的电子态密度,半金属性由弱到强分别为:WTe2与MoTe2、TaA...     

锆酸锶掺Co后磁性质的第一性原理研究

本文使用在位库仑作用、局域密度近似下的投影缀加平面波方法,计算了钙钛矿材料锆酸锶(SrZrO3)正交相掺Co前后的晶体结构、电子能带结构及掺Co后的磁性质.结果表明:当Co-Co之间的间距L为0.4097nm,即最近邻,且体系为铁磁构型时对应的总能最低,表明Co掺杂进入钙钛矿B位后,容易出现Co离子的团簇聚集,出现铁磁性;电子能带结构图显示Co部分替代Zr4+后变为Co4+(3d5),相对于标准化合价的Co3+(3d6),有一条空的d轨道未占据,又由于掺杂Co后其d轨道与近邻O的p轨道有强烈杂化,有部分Co的d轨道及O的部分p轨道越过价带进入带隙,在0~2.60eV之间,自旋向上出现3条Co 3d能带,自旋向下出现7条Co 3d能带,且导带底向低能移动;部分Co离子替代钙钛矿B位的Zr4+后,体系出现磁性,由于Co离子形式化合价为+3,替代Zr4+后,这种空穴掺杂将在价带顶引入空的掺杂能级;态密度结果表明该能级为Co4+离子部分空的d轨道,通过O的p轨道,造成体系中Co3+、Co4+离子的出现,而它们之间的双交换耦合使得体系出现铁磁性.     

Mn掺杂AlN半导体的半金属铁磁性质

使用基于局域自旋密度泛函理论的第一性原理方法对Mn掺杂闪锌矿AlN半导体的电磁性质进行了研究.结果发现:Al0.96875Mn0.03125N合金显示出明显的半金属铁磁性,晶胞的总磁矩为4.0μB,主要来自于磁性金属Mn原子,其近邻N原子也有微弱贡献.这一研究对在半导体工业中实现自旋载流子的注入具有一定的理论价值.     

含有碳链通道的石墨烯纳米带电子特性的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论结合非平衡格林函数的计算方法,研究了含有多碳链通道的石墨烯纳米带的原子结构、电子能带结构与电子输运特性.结果表明,移除大量原子后含有双碳原子链的纳米带的能隙显著增大,这说明电子从占据态到未占据态的跃迁将更加困难;并且最高占据子能带与最低未占据子能带几乎与费米能级平行,说明边缘态几乎完全消失.电子输运特性的计算结果与电子能带结果是自洽的,碳链的引入导致纳米带电导隙的增大和费米能级位置电导的湮没.这说明通过电子束轰击的方式裁剪纳米带的原子结构来制备集成度更高、尺度更小的一维半导体纳米器件是可行的.     

SrBi2Ta2O9铁电相光学特性的第一性原理研究

用第一性原理对SrBi2Ta2O9化合物第一次进行了电子结构与光学性质的理论研究.文章认为Ta-O和Bi-O的杂化是SrBi2Ta2O9铁电性的主要原因.基于电子能带结构对介电函数的虚部进行了解释,并对SrBi2Ta2O9的反射系数、吸收系数、能量损失系数、折射系数和湮灭系数等光学性质进行了研究.     

KSi能带结构及态密度的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对KSi的电子结构进行了理论计算,计算表明KSi是一种准直接带隙半导体,禁带宽度为1.42 eV.详细讨论了KSi在费米面附近的价带与导带的电子态密度的结构.     

正方空气柱结构二维三角晶格光子晶体及其禁带特征

基于平面波展开法比较研究了空气圆柱三角晶格光子晶体和正方介质柱三角晶格光子晶体的禁带特征,提出了正方空气柱三角晶格光子晶体结构,并分析了相对介电常数对其禁带宽度的影响.结果表明:空气圆柱三角晶格光子晶体要比由同种介质材料构成的正方介质柱三角晶格光子晶体的完全禁带要大得多;对于正方空气柱三角晶格光子晶体,当相对介电常数εr>12.0时将出现双禁带,且当εr=19.0时两条禁带均达到最大值.     

Woodpile结构中带隙的调制

Woodpile结构存在完全带隙，本文采用时域有限差分方法研究了由电介质材料和金属形成的微波波段的woodpile结构。模拟结果表明：前者完全带隙的范围为9GHz～13GHz；当用金属材料代替电介质材料时，完全带隙范围为19GHz～21.5GHz，即带隙向高频方向移动。产生这一结果的主要原因是电磁波在金属中传播时，存在一定的截止频率。     

woodpile结构中完全带隙的研究

介电常数沿不同方向周期性变化的woodpile结构三维光子晶体存在完全带隙,可以实现立体空间中对光的控制传输。鉴于此,采用时域有限差分方法研究了椭圆截面和长方形截面介质柱形成的光子晶体的完全带隙。结果发现,这两种情况都存在很好的完全带隙,且带隙的宽度受到介质柱不同截面形状的有效调节。     

一维铝/非金属、花岗岩/非金属声子晶体的带隙特点

运用集中质量法计算了一维铝/非金属、花岗岩/非金属声子晶体的振动带隙。结果表明:在相同条件下,铝、花岗岩与同一非金属组合成的声子晶体带隙几乎相同,而弹性模量、泊松比对带隙结构几乎无影响,带隙主要由这两种材料的密度决定。     

二维光子晶体结构和缺陷对光子禁带的影响

利用时域有限差分法研究了二维光子晶体的光子禁带特性。通过改变二维光子晶体的结构、介电常数配比及缺陷时,得到了相应的数值模拟结果,并作出了分析。这些结果对于设计光子晶体器件有着指导作用。     

GaAs/AlxGa1-xAs超晶格在周期性磁场中电子的能带结构

在有效质量理论近似下,采用磁Kronig-Penny势场,精确求解了GaAs/AlxGa1-xAs超晶格中的电子在周期性磁场中形成的能带结构.考虑不同方向上的周期性磁调制以及电调制的作用下三维电子的运动行为,发现电子不仅在z方向形成能带,而且在y方向也可以形成一些可允许的能带.同时详细讨论了电子能带结构的特点及其形成机制.     

能带结构与方势阱参数的关系

要了解无缺陷立方晶体材料能带结构的主要特征,可将电子在晶体中的运动简化成单电子在一维周期方势阱中的运动.依据能量本征方程,导出周期势场能带结构超越代数方程,编程求解能带方程,发现周期势场参数(势阱宽度和深度、势垒宽度)对周期方势阱中电子运动能带结构(允许能带总数、每个能带宽度)的影响.     

Zn掺杂对MgB2电子结构及超导转变温度的影响

建立Zn掺杂含量不同的6个MgB2模型Mg1-xZnxB2（x=0,1/18,1/16,1/12,1/8,1/6）,对模型进行参数优化,分析Zn掺杂对MgB2几何构型的影响;计算纯MgB2和x为1/6,1/8,1/12时掺杂模型的能带结构和态密度,对得到的结果进行分析和处理,并指出Zn掺杂时MgB2超导临界转变温度Tc变化的大致规律.根据强耦合BCS理论的Mc-Millan公式,推导第一性原理计算公式,计算Zn掺杂MgB2的超导临界转变温度Tc.     

掺杂和应变对硅纳米线电子结构与光学性质的调制影响

为了研究掺杂和应变对[111]晶向硅纳米线的电子结构与光学性质的调制影响,基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(general gradient approximation,GGA),采用第一性原理方法开展了相关计算。能带计算表明：空位掺杂和元素掺杂均引入杂质能级,形成了N型和P型半导体材料。单轴应变则进一步减小了带隙,增强了掺杂硅纳米线的导电性,但由于应变也修饰了费米面附近能级的形貌,能带曲率突变影响了体系的导电性能。光学性质计算表明：相比于空位掺杂,元素掺杂更有效地改变了SiNWs的介电函数、吸收系数、折射率与反射率等光学参数,而单轴应变则削弱了元素掺杂的影响。拉应变提升了光吸收的范围和强度,尤其是可见光波段,使掺杂硅纳米线成为优质光伏材料,压应变则降低了对紫外光波段的吸收效率。在紫外区域,拉应变和压应变对掺杂硅纳米线的折射率与反射率的影响相反,在红外和可见光区域影响则一致。本文研究结果为基于应变和掺杂硅纳米线的光电器件设计与应用提供一定的理论参考。     

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。