S掺杂纤锌矿ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的CASTEP模拟软件研究了本征纤锌矿ZnO、ZnS以及S掺杂ZnO所形成的纤锌矿ZnO1-xSx化合物的晶体结构及电子性质,计算结果显示纤锌矿ZnO1-xSx化合物的晶格常数随S的掺杂量的增加呈线性增加关系;S 3p态电子决定价带顶的位置,且基本上不因S含量的改变而发生移动;Zn 4s态电子决定导带底的位置,并随S掺入量的增加先向低能端移动而后向高能端移动。研究发现在ZnO1-xSx化合物中Zn和S主要靠共价键结合,而Zn和O主要靠离子键结合,随S掺入量的增加Zn-O离子键不断减少,而Zn-S共价键不断增加是造成ZnO1-xSx化合物带隙先减小而后增加的根本原因。

纤锌矿ZnO/Mg_xZn_(1-x)O量子阱中的极化子效应

采用Lee-Low-Pines(LLP)变分法,研究了纤锌矿ZnO/Mgx Zn1-x O量子阱中自由极化子能量和电子-声子相互作用对极化子能量的影响,给出极化子基态能量、跃迁能量,以及电子-声子相互作用对基态能量的贡献随阱宽和组分的变化关系.结果显示,极化子基态能量和跃迁能量随着量子阱宽度的增大而减小,最后趋近于ZnO体材料的三维值.在窄阱中,界面声子对极化子能量的贡献大于定域声子的贡献,而在宽阱中,情况正好相反.纤锌矿ZnO/Mgx Zn1-x O量子阱中电子-声子相互作用对极化子能量的贡献比较大,远大于GaAs/AIx Ga1-x As量子阱中的相应值,因此讨论电子态能级问题时应考虑电子-声子相互作用.

GGA+U方法研究不同浓度镧(La)与氮(N)掺杂纤锌矿ZnO的光学性质

本文运用基于密度泛函理论的GGA+U方法,计算了纯ZnO体系,La、N单掺ZnO体系及Zn1-xLaxO0.875N0.125(x=0.125,0.25,0.375)三个共掺体系的电子结构和光学性质.计算结果表明,共掺体系中随着La浓度的增加,掺杂后体系的禁带宽度变小,电子跃迁所需能量减小,晶格畸变程度增大,有利于阻碍光生空穴和电子对的复合,吸收光谱吸收带边红移程度越来明显,覆盖了整个可见光区域.这些特征非常有利地说明共掺体系随La浓度的增加,其光催化功能和电学性能也在提升.

纤锌矿型氧化锌电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下局域密度近似平面波超软赝势法,计算了纤锌矿型ZnO的能带结构、态密度和复介电常数,计算结果与其他文献结果吻合较好,并从理论上分析了它们之间的关系。结果表明,纤锌矿型ZnO在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,为纤锌矿型ZnO的应用提供了理论依据。

N掺杂p-型ZnO的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纤锌矿ZnO和N掺杂p-型ZnO晶体的电子结构,分析了N掺杂p-型ZnO晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布以及H原子和N2分子对p-型掺杂ZnO的影响.

氧化锌基热电材料研究进展

纤锌矿氧化锌(Zn O)是一类性能优异的高温热电材料,在航天飞行器和太阳能温差发电方面具有广阔的应用前景。如何最大限度地提高材料的热电优值(ZT值)是当今热电材料研究的主要问题,常通过对电子和声子输运性能的综合调控,以达到热学性能和电学性能的协调统一来获得最优ZT值。文章综述了纤锌矿Zn O基陶瓷和纳米结构材料的热电性能研究进展,重点介绍了研究工艺、掺杂和量子限制效应等方法对电子和声子输运的调控结果,分析了其对提高ZT值的效果,展望了今后的研究重点和方向。

纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,计算了纤锌矿结构Zn1-xMgxO(x=0,0·0625,0·125,0·25)的电子结构及吸收光谱.计算结果表明,Mg的掺入使ZnO的电子结构发生了较大的改变,与Mg邻近的O原子得到电子的数目明显增大,进而O原子返回部分电子给邻近Zn原子.Zn-O间相互作用减弱,禁带宽度变大,这也从同一合金中Zn4s上移的程度得到证实.其吸收光谱也随着Mg的掺入出现蓝移现象,其吸收边对应波长分别为379,366,357和333nm,与实验结果相一致.