超软赝势方法对V/TiO_2薄膜电子态密度的计算

根据密度泛函理论和"总体能量—平面波"超软赝势方法计算了V3+和V4+掺杂金红石矿相纳米TiO2的能带结构和电子态密度,分析了V3+和V4+掺杂对W/TiO2晶体电子结构和光学吸收带边的影响.还对V3+和V4+掺杂的TiO2电子态密度进行了比较分析.

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.

Au_n(n=2～20)团簇的遗传算法和密度泛函方法研究

在遗传算法和Gupta多体势系统地搜索金属团簇初始结构基础上,应用密度泛函理论和基于局域密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA)的超软赝势和投影扩充波(PAW)方法分别系统地研究了金属团簇Aun(n≤20)的最稳定构型和电子性质.发现LDA或GGA近似下,最稳定构型存在一定的差异:LDA方法中,Au团簇最稳定构型从Au7处就发生了从二维结构向三维结构的转化,而GGA近似下Au13的最稳定异构体仍然保持平面构型.计算结果表明,平均最近邻距、平均配位数和结合能随着尺寸的增大呈递增趋势,而二阶差分能、费米能级、HOMO-LUMO能隙、垂直电离势和电子亲和势出现了明显的奇偶交替现象.其结果丰富了目前对金团簇的理论和实验的研究.

α-Al_2O_3基片(0001)表面及其对ZnO吸附位置研究

建立了一种 2× 2α Al2 O3 (0 0 0 1)基片表面吸附ZnO模型 ,在周期边界条件下的k空间中 ,采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法 ,对α Al2 O3 (0 0 0 1)基片表面结构及其ZnO分子在表面最初吸附生长位置进行了计算研究。由于较大的表面弛豫 ,使得氧原子全部暴露于基片最外表面 ,明显地表现出O原子电子表面态 ;驰豫后的表面能对ZnO分子产生较强的化学吸附 ,表面电子结构将发生明显的变化 ,其表面最优吸附生长点的方位正好偏离α Al2 O3 (0 0 0 1)表面氧六角对称 30° ;并计算了这些吸附生长点处Zn与表面O的结合能。

从头计算方法比较TiSi_2的C54相和C49相

采用平面波超软赝势描述多电子体系,利用密度泛函理论和广义梯度近似,计算出C54相和C49相TiSi2的晶格常数、体弹性模量、形成能、电子态密度(DOS)和Mulliken电荷布居等性质.通过比较这两种物质的性质,发现尽管两者形成能很相近,但C49相结构对称性差、体弹性模量小、熔点低,Ti原子d轨道的反键强、离子性弱.这些性质上的差异和C49相TiSi2在固相反应中优先形成有关.

Ni_3V_2O_8电子结构及光学性质的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法在广义梯度近似下计算了Ni_3V_2O_8的能带结构、电子态密度及其光学性质。计算结果表明,Ni_3V_2O_8存在宽度为1.0eV的间接带隙,其费米能级附近电子有弱迁移性;费米能级附近主要为Ni d、Vd和Op轨道形成的能带,且轨道之间有较强的杂化作用。当入射光能量为2.16eV时,电子将从价带顶的Nid轨道跃迁至导带底的Op轨道;当入射光能量为3.14eV时,电子则从价带中的Vd轨道跃迁至导带中的Op轨道。Ni_3V_2O_8的吸收光谱在7.26eV处出现最强吸收峰,光学带隙为3.47eV。

压力下NaN_3结构稳定性、力学性质和电子结构的理论研究

采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软贋势方法研究了压力对NaN_3结构稳定性、力学性能以及电子结构的影响.对能量和力学参量的计算结果表明,R-3m结构是NaN_3在零压下的稳定性结构.随着压力的增加,在5 GPa的压力范围内NaN_3会发生从R-3m结构到C2/m结构的结构相变,而C2/m结构的NaN_3在压力超过20 GPa以后也不能够保持稳定.该结果与实验研究结果间取得了很好的一致.此外,对电子结构的研究表明,常压下两种结构NaN_3都表现出了绝缘体的性质.随着压力的增加,C2/m结构NaN_3的价带和导带宽度都略有增加,而带隙宽度略有减小.

N、Pt共掺杂锐钛矿的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的平面波超软赝势方法,计算了N、Pt单掺杂及其共掺杂锐钛矿型TiO2的几何构型、电子结构和吸收光谱.结果表明,N/Pt共掺杂使TiO2的晶格体积、原子间的键长发生改变,晶体中产生了偶极矩,能更有效地分离光生电子-空穴对.计算得到N和Pt单掺后带隙分别为1.65eV和1.62eV,与纯锐钛矿带隙(2.13eV)相比,分别降低了0.48eV和0.51eV,而N/Pt共掺杂后的带隙值为1.10eV,比纯锐钛矿禁带宽度降低了1.03eV,从而提高了催化剂性能,与实验结果相吻合.

Nb掺杂SrTiO3的光学特性研究

本文主要根据第一性原理的方法并应用Material Studio中的CASTEP模块分别对SrTiO3以及Nb掺杂SrTiO3两种材料的能带结构和态密度进行了仿真计算,然后对其进行相应的分析最后得出其光学特性。分析结果表明,未掺杂时SrTiO3的价带顶主要是由O原子的2p态组成,它的导带底则主要由Ti 3d态贡献;SrTiO3是间接跃迁能带结构,带隙宽度约为1.8 eV。掺杂后系统的带宽为2.02 eV,为直接跃迁能带结构,且与掺杂前相比系统的折射率与静介电常数都有不同程度的增大。

SiC多型体几何结构与电子结构研究

采用平面波超软赝势法和范数不变赝势法对几种SiC多型体的几何结构、能带结构等进行了系统的研究 .结果表明 :6HSiC导带最低点在 ML线上U点 ,用平面波超软赝势法计算时U点 在 (0 0 0 0 ,0 5 0 0 ,0 176 )点附近 ;而用范数不变赝势法计算时在导带最低点附近能带呈现不连续点 ,不连续点出现在 (0 0 0 0 ,0 5 0 0 ,0 178)点附近 .两种赝势法计算结果相比 ,用平面波超软赝势法得到的导带最低点位置更靠近布里渊区 M(0 ,0 5 ,0 )点 .在平面波超软赝势下 ,随着六角度的增加 ,c p ,c pa增大的趋势较为明显 ,能隙和价带宽度变宽的趋势也较为明显 .在计算极限内 ,绝对零度下 4HSiC系统能量最低、最稳定 ,而Ewald能量显示 3CSiC最稳定 .

α-Al_2O_3(0001)基片表面结构与能量研究

对α Al2 O3( 0 0 0 1)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型 ,在三维周期边界条件下的κ空间中 ,采用超软赝势平面波函数描述多电子体系 .应用基于密度泛函理论的局域密度近似 ,计算了不同表层结构的体系能量 ,表明最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定 .对由 10个原子组成的菱形原胞进行了结构优化 ,得到晶胞参数值(a0 =0 4 8178nm)与实验报道值误差小于 1 3% .进一步计算了超晶胞 ( 2× 2 )表面弛豫 ,弛豫后原第 2层O原子层成为最表层 ;对不同表层O ,Al原子最外层电子进行了布居分析 ,表面电子有更大的概率被定域在O原子的周围 。

Mn掺杂ZnO光学特性的第一性原理计算

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及不同量Mn掺杂ZnO晶体的电子结构,分析了掺杂对ZnO晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布的影响.计算结果表明,随着Mn掺杂含量的增加,ZnO禁带宽度相应增加并且对紫外吸收区的光吸收能力也随之增强.

N/Zr共掺杂锐钛矿型TiO_2光催化协同作用机制的第一性原理研究

采用平面波超软赝势法计算了N,Zr单掺杂和共掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构和光学性质.根据能量最低原理比较了不同替位掺杂构型的最稳定结构,而后分析单、共掺杂构型中各自的能带结构,通过计算态密度及分波态密度分析了其光学性质改善机制.此外通过分析体系的电荷密度图得出N与Zr有团簇成键的趋势.对不同掺杂体系的光学性质进行了对比分析,发现共掺杂方法可以有效增强TiO2材料对可见光的吸收以促进其更好的利用太阳能.本文的理论计算和分析将有助于理解共掺杂方法提高TiO2光催化效应的协同作用机制.

Co掺杂MgF_2电子结构和光学特性的第一性原理研究

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Co掺杂MgF2晶体的几何结构、电子结构和光学性质.结果表明,Co掺杂导致MgF2晶体结构畸变,可能发生一种类四方和斜方型结构相变.由于Co原子的加入,体系的禁带宽度减小,可观察到半导体—金属性转变.计算也表明,Co掺杂对静态介电常数和光吸收系数有重要调制作用,所得结果与最近实验测量很好相符,揭示了Co:MgF2体系在光学元器件方面的潜在应用.

Si掺杂β-Ga_2O_3的第一性原理计算与实验研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势(USPP)法,在广义梯度近似(GGA)下计算了本征β-Ga2O3和Si掺杂β-Ga2O3的能带结构、电子态密度、差分电荷密度和光学特性.在蓝宝石衬底(0001)晶面上用脉冲激光沉积(PLD)法制备了本征β-Ga2O3和Si掺杂β-Ga2O3薄膜,测量了其吸收光谱和反射光谱.Si掺杂后β-Ga2O3的整个能带向低能端移动,呈现n型导电性,光学带隙增大,吸收带边蓝移,反射率降低.计算结果与相关实验结果完全符合.

压力作用下透明导电氧化物2H-CuGaO2的结构和性能

铜铁矿材料(CuMO2)性能优良,是具有本征p型半导体特性的透明导电氧化物,且有2H和3R两种结构。为研究2H-CuGaO2的结构和性能,基于密度泛函理论(DFT)框架下的平面波超软赝势法,计算了压力作用下2H-CuGaO2的晶体结构、弹性性质和电子结构。研究发现:1)压力增加能够导致2H-CuGaO2晶胞的收缩;2)在0~30GPa压力范围内,2H-CuGaO2是延展性材料;3)当压力为20.83GPa时,2H-CuGaO2变得不稳定;4)2H-CuGaO2是间接跃迁带隙半导体,价带主要由Cu的3d态及O的2p态电子构成,导带主要由Cu的3p态及O的2p态电子构成,且当压力增加时,带隙值线性增大。本研究对相关材料的使用有参考作用。