1 1. 曲靖师范学院 化学与环境科学学院, 曲靖 655011, 曲靖 655011
2 2. 曲靖师范学院 教师与教育学院, 曲靖 655011
铌酸盐类物质, 如LiNbO3, KNbO3, LnNbO4 (Ln=Pr, La, Ga, Y)等, 表现出优良的光敏特性, 受到广泛关注, 但过渡金属类铌酸盐研究较少, 其光电特性与空位缺陷的关系尚无深入探讨。基于密度泛函理论第一性原理方法, 本研究探讨了空位缺陷对ZnNb2O6体系光电特性的影响。通过对各体系几何结构、电子结构和光电谱的计算与分析, 清晰展示了体系中原子电负性与几何位置对结构与电子能级的影响, 八面体中心位置原子(如Zn, Nb)对能带的贡献类似, 形成空位缺陷时, 价带位置相对固定。但电负性大的Nb原子形成空位缺陷体系时, 产生的晶格畸变程度大, 导带负移明显, 吸收边红移, 有利于光电特性的提升; 八面体顶点位置原子O形成空位缺陷时, 晶格畸变程度较小, 导带与价带均发生负移, 费米面处出现杂质能级, 造成载流子“俘获阱”, 同时对电荷的再分配产生较大影响, 导致体系光谱整体蓝移, 光电谱强度全面提升。
ZnNb2O6 空位缺陷 光电特性 第一性原理 ZnNb2O6 vacancy defect optical-electrical characteristic first-principles
1 曲靖师范学院 化学与环境科学学院, 云南 曲靖 655011
2 曲靖师范学院 教师与教育学院, 云南 曲靖 655011
采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法, 理论研究了不同计量Ta掺入ZnNb2O6材料的光电特性。通过对ZnNb2-xTaxO6 (x=0～2.0)材料键结构和态密度的计算, 并结合带间电子跃迁分析了材料的介电函数、折射率、反射率以及吸收系数。计算结果显示: (1)ZnNb2-xTaxO6 (x=0～2.0)为间接半导体, 带隙随着Ta原子的掺入呈下降趋势(x=0, Eg=3.51 eV;x=2, Eg=2.916 eV), 随着Ta掺入量的增加导带顶逐渐移向费米面。态密度主要由O 2p、Zn 3d、Nb 4d、Ta 5d 轨道组成; (2)ZnNb2-xTaxO6 (x=0～2.0)价电子态呈现为非对称, 具有很强的局域性, 对材料整体的电子结构和键特性有重要的影响; (3)介电函数的计算表明, ZnNb2-xTaxO6 (x=0～2.0)材料各向异性, 最大吸收峰在3.02×105 cm-1附近, 消光系数在带边表现出较强的吸收特性, 进一步以带结构和态密度为出发点, 探讨了电子带间跃迁的光电机理。该结果为研制高性能光电器件用新型功能材料提供了理论依据。
电子结构 光学性能 第一性原理 ZnNb2O6 ZnNb2O6 electrobic structure optical properties first-principles
