1 西安理工大学 材料与工程学院, 西安 710048
2 宝鸡文理学院 物理与光电技术学院, 陕西 宝鸡 721016
3 西北工业大学 理学院, 西安 710072
基于自旋密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波模守恒赝势方法, 确定了准确计算Zn16O16超晶胞各原子对应的U值; 通过计算形成能和化学键的布局分析了掺杂结构的稳定性; 通过原子电荷布局和自旋电子态密度的计算分析了掺杂结构的能带结构和磁性状态; 讨论了各稀土原子掺杂对ZnO吸收光谱的影响. 结果表明: 稀土元素的引入使晶格膨胀, Zn-O键最长键增大而最小键减小, 导致氧四面体畸变; Y/La/Ce掺杂的ZnO具有亚铁磁性，Th掺杂ZnO则呈弱铁磁性, Ac掺杂ZnO为顺磁体; 稀土元素使ZnO的价带和导带下移, 费米能级进入导带, 增强了体系的电导率; Y/La/Ac掺杂对ZnO带隙宽度的影响较小, 吸收光谱略微蓝移, 而Ce /Th掺杂则有效提升了ZnO对可见光的吸收.
电子结构 磁性 光学性质 密度泛函理论 稀土掺杂ZnO Electronic structure magnetic Optical properties Density functional theory Rare earth-doped ZnO
1 西安理工大学材料科学与工程学院, 陕西 西安 710048
2 宝鸡文理学院物理与信息技术系, 陕西 宝鸡 721016
3 西北工业大学理学院, 陕西 西安 710072
采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法，系统研究了Na+四面体掺杂Co(1-x)NaxCr2O4体系的基态结构参数、能带结构、电子态密度、磁矩和光学性质。当Na+掺杂离子数分数x为0.125时, 计算结果表明Na+四面体掺杂（Co位）比八面体掺杂（Cr位）容易进行。对Na+四面体掺杂体系Co(1-x)NaxCr2O4，计算发现，随着Na+掺杂离子数分数增加，体系的晶格参数逐渐增大，晶胞的磁矩和禁带宽度均减小。同时，费米能级进入价带部分更深。此外，光学性质的结果显示Na+可以使CoCr2O4的吸收光谱发生红移，并在低能区有很强的吸收，表明Na+能极大地提高CoCr2O4对可见光的吸收和光催化效率。
原子与分子物理 密度泛函理论 第一性原理 电子结构 光学性质 尖晶石结构CoCr2O4 光学学报
2014, 34(11): 1102001
1 西安理工大学 材料学院, 西安 710048
2 宝鸡文理学院 物理与信息技术系, 陕西 宝鸡 721016
3 西北工业大学 理学院, 西安 710072
基于密度泛函理论, 采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质. 计算结果表明: 纯金红石的禁带宽度为3.0 eV, Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21 eV, 导带顶和价带底都位于G点处, 仍为直接带隙, 在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级；Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85 eV, 在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成, 导带和价带都向低能级方向移动；Co-Cr共掺杂, 由于电子的强烈杂化, 使O-2p态和Ti-3d 态向 Co-3d 和 Cr-3d态移动, 使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动, 极大地减小了禁带的宽度, 也是共掺杂改性的离子选择依据. 掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动；在E<2.029 eV的范围内, 纯金红石的ε2、k和吸收系数为零, 掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度, Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂, 说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁, 具有更佳的可见光催化性能.
第一性原理 电子结构 光学性质 金红石型TiO2 Co-Cr共掺杂 First principle Electronic structures Optical properties Rutile TiO2 Co-Cr Co-doped
