采用密度泛函理论计算分析的方法系统研究了Al掺杂TiO2基晶体材料的电子结构和光学性质.结果表明,本征TiO2材料具有直接带隙型能带,其带隙宽度为2.438 eV,Al掺杂TiO2材料同样具有直接带隙型能带,其带隙宽度降低至2.329 eV.本征TiO2与Al掺杂的TiO2材料均含有五个子能带,但是Al掺杂TiO2 材料子能带位置发生改变.Al掺杂在TiO2材料价带中引入大量新的能级,降低了费米能级上的态密度,Al掺杂为n型掺杂.对于Al掺杂TiO2材料来说, s态电子和p态电子主要在Al 掺杂TiO2 材料的带内跃迁过程起较大的作用.Al掺杂的TiO2材料最强的介电吸收峰在320 nm附近,Al掺杂拓展了TiO2材料的光吸收范围,其介电吸收能量范围向长波方向移动.本征TiO2及Al掺杂TiO2材料在1000 nm 以下波长的折射率曲线相似.Al掺杂TiO2材料在500 nm以下的折射率较本征TiO2材料降低,而500 nm 以上折射率较本征TiO2 材料增大.

基于密度泛函理论第一性原理,研究了Zn空位缺陷对ZnS半导体材料电子状态、 磁性质和光学性质的影响。 结果表明Zn空位缺陷浓度为6.25%时, ZnS半导体材料仍呈直接带隙型能带结构,带隙较本征ZnS半导体增大 了6.4%, 达到2.19 eV。缺陷体系s态、p态电子主要在距离费米能量较近的区域产生能带,数量较少; Zn d态 电子主要在距离费米能量较远的区域产生能带。Zn空位缺陷对ZnS半导体材料是一种空穴型掺杂, Zn空位会 增加ZnS的空穴型载流子浓度。其价带空穴具有较大有效质量,导带电子具有较小有效质量, Zn空位缺 陷ZnS不显示磁性。Zn空位缺陷ZnS半导体材料210 nm附近介电吸收峰强度降低, 170 nm附近介电吸收峰 消失, 100 nm波长附近出现了较弱的介电吸收峰。

采用密度泛函理论的第一性原理计算研究了p型Na掺杂各向异性ZnO的能带结构、光学性质、介电性质、总态密度和不同原子的分态密度, 并系统分析了其热电输运性质。计算分析结果表明, p型Na掺杂ZnO为p型直接带隙半导体, 其带隙增大到1.3 eV, 其对于光子的吸收限向低能量光子移动, 体系费米能级附近的态密度大幅度提高, 这主要是p态电子贡献的;在费米能级附近的导带和价带中都出现了新的能级, 这些新的能级主要由Nas、Nap、Znp、Znd和Op电子形成, 且他们之间存在着强耦合相互作用。Na掺杂ZnO的电输运性质具有各向异性;其价带和导带中的载流子有效质量均较大;载流子输运主要由Nas、Nap、Znp和Op电子完成。

基于平面波密度泛函理论研究了电场强度为10 V·nm-1下立方结构氧化镍的电子结构性质。 结果表明:立方相氧化镍在电场强度10 V·nm-1下呈现导体的能带结构,价带上移到导带,态密度 谱图在多个能量取得最值,局域化效应增强,费米能级附近的态密度增大为原系统的2倍多。 费米能级上的载流子浓度由4 e/eV增大到15 e/eV, 这源于Op、Nis、Nid态对费米面的贡献。强电场下的电子在不同量子状态之间显示了明 显的转移,介电函数计算表明强电场下体系在0.32 eV附近具有最大的吸收,吸收峰峰值66.89。 强电场明显调控了NiO的电学、光学和场致光吸收性能。