自旋-轨道耦合作用对共轭导电聚合物电子结构性质的影响

本章从理论上计算了Rashba自旋-轨道相互作用对有机聚合物电子结构性质的影响。发现自旋-轨道相互作用使一维有机物中自旋沿yv方向的能带与自旋沿?yv方向的能带发生劈裂(一维有机链沿xv方向,Rashba电场沿zv方向),这个劈裂不同于塞曼效应导致的能级劈裂,它并不消除自旋兼并;并使有机物聚合物的能带变宽、带隙变小,但由于有机物中自旋-轨道相互作用比较弱,变化并不明显。

基于GGA+Ud+Up方法的不同形貌TiO2电子结构性质研究

应用密度泛函理论GGA+Ud+Up方法,同时考虑TiO2中Ti 3d轨道和氧2p轨道的在位库仑修正以消除传统方法GGA或LDA中固有的自相互作用误差,研究了四种晶型TiO2(Rutile,Anatase,Brookite,TiO2(B))光催化剂的电子结构性质.对于Rutile,Anatase和Brookite,设定Ud=8eV,Up分别为6eV,4eV,4eV,计算得到的带隙值与实验值非常接近;而对于TiO2(B),Ud=4eV,Up=4eV时,计算得到的带隙值与实验值吻合较好.研究结果表明,在应用DFT+U方法时,同时考察氧p轨道电子的U值贡献时能获得更合理的结果.另外,计算了它们的电子和空穴的有效质量,比较而言,光激发载流子的迁移速率顺序为Anatase>Rutile>Brookite>TiO2(B),这与实验上Anatase光催化反应性能最优相一致.

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.

二维Ta_(4)C_(3)O_(2)电子结构的拓扑性质

过渡金属碳化物和氮化物也被称为MXenes材料,是一类具有独特性质的新型二维材料.经第一性原理计算发现,二维Ta_(4)C_(3)O_(2)的电子结构可能具有拓扑性质,而Ta_(4)C_(3)已被成功制备,Ta_(4)C_(3)O_(2)可通过表面功能化实现制备.这些结果将为研究MXenes材料的拓扑性质提供有利借鉴,也为今后的实际应用奠定基础.

金团簇结构和电子性质的密度泛函研究(英文)

采用密度泛函理论,研究了Aun(2≤n≤10)团簇的最优结构和电子性质.采用各种不同的拓扑结构进行优化,计算结果显示最优结构都是二维的;在得到的最优结构基础上,进一步研究了其电子性质.结合能的二阶差分,费米能和能隙都显示了奇偶谐振效应.具有偶数个原子的金团簇要比奇数个原子的金团簇稳定,这与金团簇中的电子配对紧密相关.

ScB_2的高压结构和电子性质的密度泛函计算（英文）

本论文用广义梯度近似(GGA)密度泛函方法研究了具有AlB_2结构的ScB2从0GPa到100GPa高压下的结构和电子性质.在0GPa下的结果与现有实验和理论数据相符.获得的结构性质的压强依赖性显示出ScB2的结构受压强的影响很小.另外还计算了高压下ScB_2电子的态密度和部分态密度.我们发现高压强明显的改变了电子态密度分布的轮廓,并且还发现费米能级附近的态密度随着压强的升高而减小,表明高压下ScB2电子杂化轨道能量在下降.

W_6Si_n^(0,±)(n=1,2)团簇结构与电子性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论中的杂化密度泛函B3LYP,在Lanl2dz基组水平上对W6Sin0,±(n=1,2)团簇的各种可能构型进行了几何结构优化,得出了它们的基态构型,并对基态构型的芳香性、磁性及NBO轨道进行了系统的理论分析.结果表明:所有的W6Sin0,±(n=1,2)团簇的基态及亚稳态结构都为立体几何结构,Si-Si之间不成键;aW6Si20,±团簇具有芳香性,其中aW6Si2团簇的芳香性最强;电荷由Si原子向W原子转移;aW6Si1团簇无磁性,aW6Si1+,aW6Si20,±团簇具有弱的铁磁性,aW6Si1-团簇具有弱的反铁磁性;aW6Si20,±团簇比aW6Si10,±团簇的总磁矩大.

氧掺杂(9,0)型BC_2N纳米管的电子结构与性质

基于密度泛函理论的第一性原理方法,对单个氧原子(O)化学置换掺杂在锯齿形(zigzag)(9,0)BC2N NTs进行了研究。结果显示O掺杂在B位(OB)和第二个C位(OCII)时,结构发生很明显的形变;而在ON和OCI掺杂BC2N纳米管的情况下,产生的形变几乎可以忽略。形成能的研究结果表明,ON掺杂的体系在B-rich的条件下是最为稳定的。OB掺杂(9,0)BC2N NTs的电子能带结构表明其显示受体的性质,而ON掺杂(9,0)BC2NNTs的导带位于Fermi能级处显示金属的性质。对于OC掺杂(9,0)BC2N NTs的情况,OCI和OCII掺杂(9,0)BC2NNTs分别为间接带隙半导体和直接带隙半导体。

基于密度泛函理论对AgAu_n团簇结构及电子性质的研究

从第一性原理出发,利用密度泛函理论中广义梯度近似对AgAun(n=1～8)团簇几何结构和电子结构进行分析,得到了AgAun团簇最低能量结构及亚稳态结构.结果表明,当2≤n≤7时,AgAun团簇的基态结构为平面结构,可通过较小的团簇边戴帽一个原子生长而得,n=8是AgAun二元团簇由二维结构转变为三维结构的临界尺寸.综合AgAun团簇基态的平均结合能、二阶能量差分、垂直电离势及最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道之间的能隙分析可知,n为奇数的AgAun团簇的稳定性相对较高,并且AgAu5团簇的稳定性表现突出.

吸附对石墨烯量子点电子结构和光学性质的影响

采用紧束缚近似方法研究了吸附对锯齿状六边形石墨烯量子点电子结构和光学性质的影响.研究表明,在吸附浓度为100%时,零能附近存在体态,边缘态被排斥到远离零能区域,且打开量子点能隙.进一步研究表明,零能附近的体态完全位于吸附原子上,边缘态则同时位于吸附原子和碳原子上.在量子点尺寸较小时,由于吸附原子的作用,导致量子点的能隙被关闭,但随着吸附原子与碳原子之间的耦合强度增强,能隙又被打开.研究发现量子点的光吸收峰会随着吸附浓度的增强而发生蓝移.

In_nN(n=1～13)团簇的几何结构和电子性质

利用密度泛函理论中的广义梯度近似（GGA）系统研究了In_nN（n=1-13）团簇的几何构型,稳定性,电子性质。结果表明,In_nN团簇n=1-2是线性的,n=3-5是平面形的,而n=6-13则是三维结构。通过分析In_nN团簇的二阶能量差分可以看到,最大的峰值出现在n=3、7、9处,说明这些团簇的稳定性较近邻的其它团簇要高,这与平均结合能的变化情况所得结论是一致的。通过Mulliken布居分析发现,小的In_nN团簇具有些许的离子性。In_nN团簇的最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道之间的能隙,垂直电离势及电子亲和势都表现出奇偶振荡行为。总之,垂直电离势随团簇尺寸的增加而减小,电子亲和势随团簇尺寸的增加而增大。

含有柠檬酸配体的钼硫配合物的合成、光谱及电子结构

报道了Mo/S柠檬酸配合物的合成及结构 ,并用元素分析、红外光谱、紫外可见光谱、顺磁共振、核磁、热重 差热分析等手段进行了表征 ,用EHMO方法研究了配合物的电子结构。将羧基的键序与该配合物的羧基红外振动峰相关联 ,即羧基的键序 (0 914、0 86 9和 0 80 9)对应该配合物羧基CO的振动峰劈裂为三重峰 (16 0 6、15 87和 15 5 0cm-1) ;

有限长Y型碳纳米管结构和性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论的GGA/PW91方法对有限长Y型碳纳米管的结构和性质进行了研究.研究结果表明,由于缺陷环的影响,Y型碳纳米管与直型管的性质明显不同,而且,Y型碳纳米管的结构和性质与分支管长度存在一定的关系.当分支管长度大于1nm时,Y型碳纳米管的结构、能隙和电学性质均出现周期性振荡变化的趋势.

电子受体强度对基于Thieno[3,2-b]thiophene的共轭聚合物电子性质的影响

采用杂化的密度泛函方法(DFT/B3LYP),在6-31G(d)理论水平下研究了基于噻吩并[3,2-b]噻吩(Thieno[3,2-b]thiophene,TT))的D-A型共轭聚合物的几何结构、电子结构和性质.研究发现,在以TT为电子供体的D-A型共轭聚合物中,电子受体强度是影响其几何结构、电子结构和性质的重要因素.对基于TT的电子受体与电子供体交替排列的D-A型共轭聚合物,在一定范围内,电子受体强度增加,有利于减小共轭聚合物的键长交替,降低聚合物的能隙,并使其能带变宽,电子离域程度增大,载流子有效质量减小,载流子迁移能力增强.但受体强度过大,键长交替反而增大,能带和能隙均变窄,载流子迁移能力减弱.

第一性原理对Cd_nSe_n(11≤n≤16)和Cd_(15)Se_(16)Ag纳米团簇电子性质研究

由于自身电子性质的可协调性,镉硫族半导体尤其是掺杂的纳米半导体团簇吸引了广泛关注.采用密度泛函理论的方法对Cd_nSe_n(11≤n≤16)和Cd_(15)Se_(16)Ag稳定结构进行了模拟研究分析.考虑到Ag原子掺杂在Cd_(16)Se_(16)纳米团簇中位置的不同,主要讨论了两种可能的掺杂位(S_1,S_2).基于此,详细地分析了Cd_(15)Se_(16)AgS_1和Cd_(15)Se_(16)AgS_2团簇的几何结构和电子性质.Ag原子的掺杂改变了其自身的对称群和大小,而Ag原子掺杂位置的不同也被重点关注.此外,详细分析了结合能、带隙、态密度和电荷密度分布.结果表明掺杂后引入了一个新的能级,该能级被称为受主能级.介于价带和导带间的受主能级电荷密度的贡献主要来自于Se原子的p轨道和Ag原子的d轨道.这些说明了Ag原子掺杂和掺杂位置是两个影响着团簇电子性质的重要原因.

PbMoO_4晶体光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)下的平面波超软赝势法,计算了PbMoO_4晶体的电子结构和光学性质。结果表明,介电函数的虚部与光电导的实部、复数折射率、光吸收谱的峰值位置有着一一对应的关系,并且可以从电子态密度图中的价带和导带间的电子跃迁得到合理解释。

原子吸附的二维CrI_(3)铁磁半导体电学和磁学性质的第一性原理研究

采用第一性原理的方法系统研究了碱(土)金属原子、过渡金属原子和非金属原子吸附的二维CrI_(3)单层的电学和磁学性质.结果表明,金属原子倾向于吸附在6个I原子形成的环中心并且与Cr原子处于同一高度,非金属原子吸附在I原子形成的环内,但位置则依赖于原子种类.除Ti和Mn原子之外的其他原子的吸附并未改变CrI_(3)单层的本征铁磁半导体属性,而Ti和Mn原子的吸附则使CrI_(3)单层转变为反铁磁构型.金属原子的吸附导致Cr原子局域磁矩增加,但不超过4μ_(B);而非金属原子的吸附则使Cr原子的局域磁矩呈现多样化.结合分波态密度我们对Cr局域磁矩的变化机制进行了细致分析,发现Cr磁矩的增加与电荷转移直接相关.我们的研究结果为铁磁半导体CrI_(3)的性能调控提供了新的思路,在未来自旋电子学中有着潜在的应用前景.

Mg-Zn-Ca合金中AB_2型金属间化合物电子结构和弹性性质的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对Mg_2Sn,Mg_2Ca和MgZn_2的结构稳定性、电子结构和弹性性质进行了计算,计算所得晶格参数与实验值和文献计算值吻合.合金形成热和结合能的计算结果表明,Mg_2Sn具有最强的合金形成能力和结构稳定性.通过对Mg_2Sn,Mg_2Ca和MgZn_2的电子态密度(DOS)和差分电荷密度进行计算,分析了其结构稳定性和弹性性质的机制.计算了Mg_2Sn,Mg_2Ca和MgZn_2的弹性常数,推导了体模量B_u,剪切模量G,Young's模量E和Poisson比v的数值,结果表明,Mg_2Sn为脆性相,Mg_2Ca和MgZn_2为延性相,Mg_2Sn的刚度最大,MgZn_2的塑性最好.

Al掺杂Sn_(12)^-团簇结构及电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3PW91方法,在混合基组水平上对Al掺杂Sn12-团簇几何结构和电子结构进行了计算分析.结果表明,Al内掺杂Sn12-团簇能量更低更稳定,但LU-MO-HOMO能隙较小.外掺杂多面体簇中,电荷从Al原子移向Sn12-笼,趋向形成[Al+Sn122-]结构;内掺杂多面体簇中,电荷从Sn12-笼移向Al原子,趋向形成[Al-@Sn12]结构.

富勒烯衍生物C60(CF3)n(n=2,4,6,10)几何结构和电子性质变化规律的密度泛函研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对C60(CF3)n(n=2,4,6,10)几何结构和电子性质的变化规律进行了计算研究.发现在C60(CF3)4可能稳定存在的三种同分异构体中,具有p-p-p加成方式的衍生物热力学性质最为稳定;在C60(CF3)6可能稳定存在的三种同分异构体中,具有p-p-p-m-p加成方式的衍生物热力学性质最为稳定.对C60(CF3)2,C60(CF3)4,C60(CF3)6和C60(CF3)10四种加成衍生物的几何结构分析可知:随着CF3加成个数的增加,C60中的C—C平均键长逐渐变大,笼子与CF3之间连接键CC60—CCF3逐渐变大.对它们的电子结构分析可知,随着CF3加成数目的增多,反应热几乎是线性增加.而C60(CF3)n(n=2,4,6,10)分子的平均反应热在n=6处为极大值,说明C60(CF3)6应该是最容易得到的加成产物.由Mulliken电荷可知,加成的CF3个数越多,CF3与笼子的相互作用也就越强,每个CF3转移到笼子上电荷数也就越多.C60(CF3)n的自旋聚居数分布表明它们均为闭壳层结构.最后,从CF3对分子的前线轨道贡献可知,四种分子的得电子情况和失电子情况均发生在碳笼本身,并不随着CF3个数的增加而发生明显的改变.