基于Matlab的紧束缚近似下面心立方晶格s态能带三维分析

鉴于许多金属如金、银、铜及半导体材料硅、锗等的晶格结构属于面心立方晶格,因此研究面心立方晶格的能带结构对金属与半导体材料性质的认识有着重要的意义.利用Matlab对面心立方晶格在紧束缚近似下的s态能带的等能面进行计算机模拟,得到简约布里渊区内的不同能量值等能面的三维清晰图像.其中,既有类似近自由电子的准球面,也有与实验获得的金属费米面相似的曲面,直观地展现了面心立方单晶s态能带在状态空间的结构形态.

紧束缚近似在低维模型中的应用

紧束缚近似是获得能带结构的基本方法,在固体物理教学中占有重要的地位。但考虑复式格子或多带系统时具体求解是一个比较复杂的问题,对本科生的学习有一定难度。结合一维原子链这一简单模型,由浅入深分析紧束缚近似的求解过程,并拓展至二维、三维情况进行讨论,深刻理解模型的实质。

紧束缚近似解释MgB_2超导电性

作者在BCS理论对于超导体电声耦合组成库珀对解释超导电性的基础上,从MgB2 能带结构出发,通过紧束缚近似理论对其的详细计算和系统分析,比较合理的解释了MgB2 的超导电性。

紧束缚近似方法在计算石墨烯能带中的应用

通过引入紧束缚近似理论,使用Matlab计算了石墨烯的能带和π能带图.结果表明,考虑最近邻原子影响,在K?Γ?M-K方向的全能带图中,观察到了能带的简并特性及能带间的跳跃,与其他方法(如第一原理)相符.在正交基矢下,π能带(价带和导带)具有完全的对称性,加入轨道重叠后(即非正交基矢),对称性被破坏,表现为价带靠近费米面,导带远离费米面,从能量的位移上可以发现,远离比靠近的趋势更为明显.

闪锌矿结构CdS量子点的电子结构:紧束缚近似下一种新的计算方法(英文)

在紧束缚近似下发展了一种新的计算方法 ,计算了闪锌矿结构CdS量子点的电子结构 ,并与有效质量近似作了比较 .这种计算方法比较简洁 ,在K 空间进行计算 ,结果却与实空间复杂计算的结果一致 .紧束缚近似的理论结果在很大范围内可与实验结果相符合 .结果表明 ,紧束缚近似下K空间的计算方法是一种简单有效的方式 。

LCAO-紧束缚近似

ＬＣＡＯ－紧束缚近似是计算分子或固体的电子结构的一种简单方法。在最粗略的 情况下，它能给出定性地正确的描述。若加以各种改进，它也能导致定量地可靠的 结果，不亚于比它复杂得多的其他能带计算方法。在这里，我们的目的是通过一些 简单的典型例子，来说明ＬＣＡＯ和紧束缚近似的十分简单的基本概念。同时，我们 也打算借叙述ＬＣＡＯ一紧束缚近似，来介绍用物理的技术人工制造的新型材料ＬＵＣＳ。

紧束缚近似下立方晶格s态电子的等能面

大学物理专业的固体物理教学,通常以立方晶格为例,以静态图像的形式来说明s态电子等能面的空间分布特点,而缺乏等能面随波矢k变化的具体过程.本文采用Matlab程序具体展示了紧束缚近似下立方晶格s态电子等能面随着波矢k的变化,并给出了等能面的剖面图、叠加图、立体图和扩展图.结果表明:当波矢k从布里渊区中心向边界变动时,等能面会从"球面"向"类球面"变化,直至发生破缺,集中在布里渊区顶角附近.这些图像生动地展示等能面的变化,有效地辅助了教师的课堂教学以及加深了学生的理解.

固体物理教学的若干思考Ⅰ:多轨道紧束缚近似

紧束缚近似是固体能带理论教学中的重要内容,其中包含很多重要的概念和物理图像.目前教材中的紧束缚近似多采用单轨道例子,导致教学中对哈密顿量、能带、布洛赫波函数等概念缺乏深刻理解.本文采用了一维双原子链模型,详细阐述了如何求解多轨道紧束缚近似下晶体的能带,并借助构建哈密顿量的数学过程,展示了紧束缚近似下原子能级微扰、近邻原子轨道交叠积分等物理图像,讨论了能带走势与布洛赫波函数的关系,以及影响能带个数与能带宽度的因素.

利用紧束缚近似法计算无边界石墨烯的电子能级

石墨烯是近年发现的二维碳原子晶体,它是目前凝聚态物理领域的研究热点之一.石墨烯是构筑各种碳质材料的基本结构单元,具有很多奇特的物理性质.本文简要介绍了石墨烯的发现历史和分子结构,并着重利用紧束缚近似法计算了无边界石墨烯的能谱结构.通过对其结果的分析,在理论上解释了石墨烯呈现金属性的原因.

石墨烯能带结构的紧束缚近似计算

固体能带理论是固体物理学的一个重要理论基础,被广泛应用于材料电学性质的研究。为结合科学前沿教学,以当前热门材料石墨烯为例,介绍紧束缚近似法在石墨烯能带结构计算上的详细过程,并借助Matlab软件展示了其能带结构,进而从理论上解释石墨烯所具有的独特电学性质。

紧束缚近似的物理图景

紧束缚近似是固体物理课程的重点和难点之一,各类教材使用原子轨道波函数与布洛赫电子状态间傅立叶变换的方式对这一问题进行处理,尽管大大简化了数学过程,但难以使学生建立起对于能带电子态特征的直观认识。通过分析布洛赫电子态与原子轨道电子态间物理关联,以及讨论布洛赫波能量中各项的物理意义,有助于学生对于紧束缚能带与原子轨道间的联系与区别建立一个较为直观的认识。对于固体物理课堂教学具有一定的促进作用。

石墨烯在Ni(111)表面生长机理的紧束缚计算研究

本文采用SCC-DFTB方法,研究了石墨烯在Ni金属(111)表面上的生长机理及在台阶面生长情况.结果分析表明,苯环在Ni表面吸附时以界面fcc构型总能最低,结构最为稳定.边缘生长时,附着在衬底表面上的石墨烯层中C原子活性从边缘向中间逐渐降低.在由(111)晶面和(111)晶面相交形成的台阶面上,石墨烯片层可连续生长,同时相对衬底表面发生一定偏转,在较大面积时将出现缺陷.改善石墨烯与衬底台阶处的界面不匹配情况将有利于其大面积高质量生长.

硼磷烯量子点的电子结构和光学性质研究

采用紧束缚近似方法对锯齿状六边形硼磷烯量子点在平面电场和垂直磁场调控下的电子结构和光学性质进行了研究.研究表明,硼磷烯量子点作为直接带隙半导体,在无外加电场和磁场作用时,能隙不随尺寸的改变而变化.在平面电场调控下,能隙随电场强度的增加逐渐减小直至消失,平面电场方向几乎不会对硼磷烯量子点体系产生影响,且随量子点尺寸的增大,能隙消失所需电场强度逐渐减小.在垂直磁场调控下,表现为体态的能级在磁场作用下形成朗道能级,而能隙边缘处的朗道能级近似为一个平带,不随磁通量的改变而变化,态密度主要分布于朗道能级处.另外,垂直磁场作用下的光吸收主要是由朗道能级之间的跃迁引起的.

多孔石墨烯纳米片电学性质的研究

采用紧束缚近似方法,研究了三角形锯齿型石墨烯纳米片(Triangular zigzag graphene nanosheets,TZGN)的电子结构.研究表明单孔TZGN结构的零能级都是外边缘态,跟孔的大小没有关系.多孔TZGN结构受孔间结构的影响,零能级会随着孔数目的增加逐渐出现内外边缘耦合态,导带和价带能级个数也会随着孔的大小和孔的数量的增加而减少.研究结果拓宽了石墨烯纳米结构在纳机电器件方面的应用.

官能团修饰对MOF-5的气体分子吸附影响

采用紧束缚近似计算方法,研究了金属有机骨架(MOF-5)和不同官能团(―NO2,―NH2,―CH3,―OZn)修饰后的MOF-5不同吸附位点的CO2等温室气体和部分工业废气吸附性能以及对不同气体的选择性吸附能力.结果表明,对于未修饰的MOF-5,位点I和II是主要的吸附位点,最大吸附能可达-0.25eV.官能团修饰提高了MOF-5对CO2的吸附能力,其与官能团活性和局部位型密切相关.其中―NO2修饰使各位点的CO2吸附能力都有一定提高.同时,―NO2修饰后MOF-5对空气环境(O2,N2,H2O,CO2),工业废气环境(CO2,CO,NO,NO2,SO2,SO3)中不同气体有明显的选择性吸附能力.

三嵌段共聚物的电子结构及态密度特征

采用紧束缚近似计算方法 ,针对小带隙的聚乙炔 (polyacetylene,(PA) )和大带隙的聚对苯撑 (poly(p phenylene) ,(PPP)组成的三嵌段共聚物 (triblockcopolymer) (PA) x (PPP) n (PA) y 和 (PPP) x (PA) n (PPP) y 性质进行了研究 ,发现它们具有典型的量子阱特征。对均聚物PPP和PA以及三嵌段共聚物的态密度(densityofstates,(DOS) )进行了计算分析 ,发现共聚物的态密度与均聚物的态密度有着显著的区别 ,共聚物的带隙的大小介于大带隙的PPP和小带隙的PA之间 ,在共聚物中与PPP的导带和价带的子带隙以及共聚物的导带底和价带顶中 ,所存在的能态密度只能由PA来提供 ,而在共聚物的价带底和导带顶的能态密度则取决于PPP的态密度。

单层石墨和多层石墨的电子能带结构

用紧束缚方法得到了单层石墨材料中π和π*能带的解析表达式;当考虑前三近邻原子的相互作用时,紧束缚方法的计算结果与第一性原理计算结果符合很好。在前三近邻紧束缚近似的基础上,考虑到层间原子的相互作用,进而得到了多层石墨的π和π*能带结构。

张应力对石墨烯能量带隙的影响

在不考虑电子与电子之间相互作用的情况下,采用紧束缚近似和线性弹性理论解析计算石墨烯在张应力作用下的能量色散。计算结果表明:沿锯齿方向的张应力能使石墨烯产生能量带隙,这个带隙是临界的,需要超过24.5%的临界变形;沿扶手椅方向的张应力不能使石墨烯产生能量带隙;石墨烯能量带隙的获得是处在第一布里渊区的两个非等价的狄拉克点合并的结果;当应变沿扶手椅方向时,2个非等价的狄拉克点随着应变的增大向相反的方向移动不会合并,而当应变沿锯齿方向时;2个非等价的狄拉克点随应变增大彼此接近,最终合并。

有限二维复式晶格电子结构的尺度效应

以二维复式晶格作为有限系统的集团模型 ,利用紧束缚近似 ,在考虑链间耦合及链端效应的情况下 ,计算了格点数分别为 16、32、6 4、12 8时π电子在最近邻及次近邻跳跃集团的能谱和态密度。讨论了不同格点数和结构参数对态密度及带宽的影响。

均匀磁场中碳纳米管的电子结构

采用π电子紧束缚近似方法,对处于稳定磁场中考虑电子自旋情况下的单壁碳纳米管的电子结构进行了理论分析.发现磁场中的SWNTs的子能带和磁通量是量子化的,其子能带以Φ0为周期随Φ作周期性变化;并出现了金属-半导体的周期性转变现象.