MnHg(SCN)_4晶体的能带结构和非线性光学性质的研究

用密度泛函微扰理论(DFPT)和GW近似方法计算了MnHg(SCN)4(MMTC)晶体的几何结构、能带结构和二阶非线性光学系数。计算得到MMTC晶体的禁带宽度为3.21 eV,结果接近实验值3.33 eV,其二阶非线性系数为d14=3.09 pm/V、d15=6.02 pm/V。结果表明Mn-3d、Hg-5d态是价带的主要成分,C-2p、N-2p和S-3p态是价带顶和导带底的主要成分,而阴离子基团(SCN)-内部的电子跃迁是MnHg(SCN)4晶体中二阶非线性效应的主要来源。

强激光下4H—SiC晶体电子特性的第一性原理研究

为了研究4H—SiC晶体在强激光辐照下电子特性及其变化,采用基于密度泛函微扰理论的第一性原理赝势的方法,对纤锌矿4H—SiC晶体在强激光照射下的电子特性的变化进行了理论分析和实验验证。结果表明,电子温度T_e在0eV^2.75eV范围内时,4H—SiC仍然是间接带隙的半导体晶体;当电子温度T_e升高达到并超过3.0eV以上时,4H—SiC变为直接带隙的半导体晶体;电子温度T_e在0eV^2.0eV变化时,带隙值随电子温度升高而增大;电子温度T_e在2.0eV^3.5eV变化时,带隙值随电子温度T_e的升高而迅速地减小;当电子温度T_e高于3.5eV以后,带隙已经消失而呈现出金属特性。该研究对制作4H—SiC晶体特殊功能电子元件是有帮助的。

强激光照射对3C-SiC晶体电子特性的影响

运用赝势和密度泛函微扰理论的从头计算方法,对具有闪锌矿结构的3C-SiC晶体在强激光照射下的电子特性进行了研究。发现3C-SiC平衡晶格参数随电子温度T_e的升高在逐渐增大;当T_e在0e V^1.5e V范围内增大时,价带顶和导带底向低能量方向移动;当T_e>1.5e V以后,价带顶和导带底向高能量方向移动;当T_e在0e V^5e V范围内时,带隙随电子温度升高也增大。T_e超过5.1e V后,价带顶穿越费米能级而导致金属性增强。在T_e=0e V和T_e=8e V处,计算了3C-SiC晶体的总电子态密度和分波态密度;电子结构表明T_e=0e V时,3C-SiC是一个带有带隙为1.31e V的间接带隙半导体;在T_e=8e V时,带隙已经消失而呈现出金属特性,表明当电子温度升高时晶体的共价键变弱、金属键增强,晶体经历了一个熔化过渡到金属状态。

强激光照射对2H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一原理赝势法,计算了纤锌矿结构2H-SiC晶体在强激光照射下的电子特性,分析了其能带结构和电子态分布.计算结果表明:2H-SiC平衡晶格参数a和c随电子温度Te的升高逐渐增大;电子温度在0—2.25 eV范围内时,2H-SiC仍然是间接带隙的半导体晶体,当Te超过2.25 eV达到2.5 eV以上时,2H-SiC变为直接带隙的半导体晶体;随着电子温度升高,导带底和价带顶向高能量或低能量方向发生了移动,当电子温度Te大于3.5 eV以后,价带顶穿越费米能级;电子温度Te在0—2.0 eV变化时,带隙随电子温度升高而增大;Te在2.0—3.5 eV范围变化时,带隙随电子温度升高而快速地减少,表明2H-SiC晶体的金属性随电子温度Te的继续升高而增强.在Te=0,5.0 eV处,计算了2H-SiC晶体总的电子态密度和分波态密度.电子结构表明Te=0 eV时,2H-SiC是一个带隙为2.3 eV的半导体;在Te=5.0 eV时,带隙已经消失而呈现出金属特性,表明当电子温度升高时晶体的共价键变弱、金属键增强,晶体经历了一个熔化过程,过渡到金属状态.

强激光照射对6H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一性原理赝势法,模拟研究了纤锌矿6H-SiC晶体在强激光照射下电子特性的变化.研究结果表明,电子温度T_e在升高到3.89 eV及以上后,6H-SiC由间接带隙的晶体变为直接带隙的晶体;带隙值随电子温度T_e升高先是增大后又快速减小,当电子温度T_e大于4.25 eV以后,带隙已经消失而呈现出金属特性.

MgB_2薄膜的超导电性

采用平面波赝势方法计算了MgB2超导薄膜的电子结构.结果发现,表面层B(S)在费米能级处的态密度显著增强.在线性响应的密度泛函微扰理论框架下计算了MgB2薄膜的动力学性质及电—声子相互作用,分析了MgB2超导薄膜在Γ点的振动模的频率.结果发现,MgB2薄膜中的声子存在软化现象,并且声子的软化提高了电-声子相互作用,从而增强了薄膜的超导电性.

强激光辐照对3C-SiC晶体结构稳定性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的线性响应方法,模拟研究了强激光辐照对闪锌矿结构的碳化硅晶体结构稳定性的影响.通过计算在不同电子温度下3C-SiC晶体的声子色散曲线,发现3C-SiC的横声学声子频率随电子温度的升高会出现虚频,其临界电子温度是3.395 eV.结果表明,在强激光辐照下3C-SiC晶体变得不稳定,这与以前对金刚石结构的碳、硅和闪锌矿结构的砷化镓、锑化铟的研究结果非常类似.电子温度在0—4.50 eV范围内时,3C-SiC晶体在Γ点的LO-TO分裂度随电子温度的升高而增大,超过4.50 eV后随电子温度的升高而减小.这表明只有在足够强的激光辐照下,电子激发才会削弱晶体的离子性强度.

Y_3Al_5O_(12)的热输运性质的第一性原理研究

基于密度泛函微扰理论(DFPT)结合模守恒赝势方法进行晶格动力学模拟.得到了钇铝石榴石(YAG)的声子态密度、分波声子态密度和声子的色散谱.利用第一Brillouin区的特殊点取样方法,计算了YAG的比热容和布局数平均的声子群速度.在非谐相互作用下,利用Fermi黄金公式结合第一Brillouin区的特殊点取样方法,得出了YAG非谐声子平均自由程.综合考虑了两种声子散射机制,得到了YAG陶瓷的热导率.结果表明,对于YAG陶瓷,在低温时,晶界散射将对热阻起主要作用;在高于一定温度时,三声子相互作用对热阻的贡献将占主导地位.同时也从理论上证明了Sato等提出的在室温以上,YAG陶瓷与单晶的热导率的差异可以忽略的观点.所得到的热导率、比热容随温度的变化与实验结果很好地符合.