1 吉林师范大学 物理学院，吉林 四平 136000
2 吉林师范大学 功能材料物理与化学教育部重点实验室，吉林 长春 130022
SiO2通常以三维晶体或无定形结构存在，限制了其在新技术如新一代集成电路中的应用，因此二维SiO2的研究引起了越来越多的关注。本文通过删除三维层状CaAl2Si2O8结构中的Ca和Al原子，直接构建出新的二维SiO2构型。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，结构优化获得的新型2D SiO2具有P-62m对称性，群号189。通过结合能、弹性系数、分子动力学模拟和声子谱计算，发现新型2D SiO2具有高机械稳定性、热力学稳定性和动力学稳定性。电子性质和光学性质计算发现，2D SiO2是带隙为6.08 eV绝缘体，且具有良好的光透射率和光导率。此外，通过研究面内双轴应变对2D SiO2电子和光学性质的影响，发现2D SiO2的带隙和介电函数受面内拉伸应变的影响较压缩应变略大，不过其整体光学性质受应变影响不大，保证了其在实际应用中电子性质和光学性质的稳定性。
二维SiO2 电子性质 光学性质 第一性原理计算 two-dimensional SiO2 electronic properties optical properties first-principles calculations
1 郑州师范学院物理与电子工程学院，河南 郑州 450044
2 郑州大学化工与能源学院，河南 郑州 450001
过渡金属原子掺杂硅团簇不仅可以提高硅团簇的稳定性，还可以使其产生许多新颖的物理和化学特性，在新能源和材料领域应用广泛。本文基于密度泛函理论并结合粒子群优化算法程序卡利普索，对CoSi16-和Co2Si322-团簇的几何结构、电子、光谱和热力学特性进行了系统研究。结构优化发现，CoSi16-和Co2Si322-团簇基态结构分别为Co原子被包裹在Si笼内部的高对称D2d和D2h点群对称笼状结构。在此结构基础上，分析了两体系的磁性和键级等特性。此外，根据拟合的光电子能谱、红外和拉曼光谱，对两体系的主要特征峰进行了归属分析。最后，研究了体系的热力学特性，讨论了热力学参数Cv 和 S随温度变化的规律。
原子与分子物理 密度泛函理论 几何结构 电子特性 热力学特性 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0102001
1 郑州师范学院物理与电子工程学院, 河南 郑州 450044
2 郑州大学化工与能源学院, 河南 郑州 450001
3 四川轻化工大学物理与电子工程学院, 四川 自贡 643000
基于卡里普索结构预测方法和密度泛函理论,研究了Ni原子掺杂 B20-团簇的结构、电子和光谱特性。首先在PBE0/6-311+G(d)标准下优化得到了 B20-和Ni B20-团簇的基态结构, B20-的基态结构同实验结果符合得很好,Ni B20-的基态为一个Ni原子被两个B10环包裹在中间的管状结构;然后基于该基态结构分析了团簇的自然布局分布和自然电子组态、分子轨道等电子特性。结果表明,电荷从Ni原子向B原子转移,Ni和B原子之间存在强烈的spd轨道杂化。最后利用Multiwfn程序拟合出了团簇的光电子能谱、红外和拉曼光谱,并分析了主要特征峰的归属,希望为Ni原子掺杂硼纳米材料的制备和表征提供重要参考。
光学学报
2020, 40(20): 2016001
1 河南城建学院数理学院, 建筑光伏一体化河南省工程实验室, 河南 平顶山 467036
2 石家庄铁道大学材料科学与工程学院, 石家庄 050043
3 广西民族师范学院物理与电子工程系, 广西 崇左 532200
4 合肥工业大学材料科学与工程学院, 新型功能材料与器件安徽省重点实验室, 合肥 230009
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。
Na掺杂 电子性质 热电输运性质 ZnO ZnO Na doping electronic properties thermoelectrical properties
西安电子科技大学微电子学院 宽禁带半导体材料和器件重点实验室，陕西 西安 710071
通过设计B和N原子取代碳原子，可以实现对石墨烯性能的调制.结果显示，石墨烯的带隙被打开，狄拉克锥在费米能级上上下移动，类似于对其进行p型或n型掺杂.在费米能级处电子态存在，电荷从杂质转移到C原子上或者从碳原子转移到杂质上.静态介电函数ε1(0)增大,在对应可见光及其以下的能量区域出现了新的吸收峰.由于B或N的掺杂，使得石墨烯中等离子体激发减少，导致了电子能量损失函数峰值的减少.只有一个明显的峰值与本征石墨烯最高峰的位置相同，但是峰值的高度显著增加.
石墨烯 掺杂 第一性原理 电子性能 光学性能 graphene doping the first principles study electronic properties optical properties
1 北京低碳清洁能源研究所, 北京 102211
2 北京市纳米结构薄膜太阳能电池工程技术研究中心, 北京 102211
采用射频磁控溅射与电子束蒸发的方式, 制备了ZnO/Ag/ZnO三层复合薄膜, 研究了Ag薄膜厚度以及电子束蒸发的沉积速率对复合薄膜光电性能的影响。实验结果表明, 当Ag薄膜厚度为8 nm、电子束蒸发的沉积速率为0.5 nm·s-1时, 复合薄膜的性能最优, 其方块电阻为6.01 Ω,波长400~800 nm范围内的光平均透过率为91.39%。优化后的ZnO/Ag/ZnO复合薄膜具有良好的光电特性。
薄膜 ZnO/Ag/ZnO复合薄膜 电子束蒸发 射频磁控溅射 光电特性 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 103102
1 重庆师范大学物理与电子工程学院, 重庆 401331
2 重庆市光电功能材料重点实验室, 重庆 401331
提高TiO2光催化活性已成为近年研究的热点。选取第一过渡金属Cu 与Cr 共同掺杂金红石相TiO2，运用基于密度泛函理论体系下的平面波超软赝势方法探讨了Cu-Cr 共掺杂对金红石相TiO2电子特性和光学性质影响的微观机制。结果表明：Cu-Cr 共掺杂TiO2在禁带中形成了5 条新的杂质能级，其中价带顶的一条杂质能级主要是Cu3d 轨道的贡献，而费米面附近的4 条亚稳态杂质能级主要由Cr3d 轨道和O2p 轨道相互作用产生，有效减小了电子的跃迁能，改善了TiO2的光催化活性。Cu-Cr 共掺杂也改善了TiO2的光学性质，使光谱红移，反射率增大，对可见光的吸收和反射能力比单掺杂更稳定。
材料 金红石相TiO2 Cu-Cr 共掺杂 电子特性 光学性质 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 071602
利用直流磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上制备出了可见光透过率高、电阻率低的掺钛氧化锌(ZnO:Ti)透明导电薄膜。SEM和XRD研究结果表明,ZnO:Ti薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。厚度为437 nm薄膜的电阻率为1.73×10-4 Ω·cm。所制备薄膜具有良好的附着性能,薄膜样品在500-800 nm的可见光平均透过率都超过了91％。
ZnO:Ti薄膜 透明导电薄膜 磁控溅射 光电性能 Ti-doped zinc oxide films transparent conducting films magnetron sputtering optic-electronic properties
