1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 北方夜视技术股份有限公司, 江苏 南京 211106
3 微光夜视技术重点实验室, 陕西 西安 710065
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了K-Cs反位、K-Sb反位、Cs-Sb反位对K-Cs-Sb阴极电子结构和光学性质的影响,对不同缺陷模型的能带结构、态密度、形成能等电子结构性质,以及折射率、消光系数、吸收系数等光学性质进行了分析。电子结构性质计算结果表明,Sb被过剩碱金属占据的K-Cs-Sb反位缺陷模型具有间接带隙结构,且呈现n型半导体性质,而K-Cs反位缺陷体系以及碱金属被过剩Sb占据的K-Cs-Sb反位缺陷模型均呈现p型半导体性质。与其他反位缺陷模型相比,K2Cs0.75Sb1.25更容易形成且更稳定。光学性质计算结果表明,碱金属过剩会造成吸收系数峰值往低能端偏移,而Sb金属过剩则相反。在中微子与闪烁体作用辐射的能量范围内(即2.4~3.2 eV),K2Cs0.75Sb1.25的吸收系数最大,折射率最小,相比传统K2CsSb更适合作为光电发射材料。
材料 K2CsSb光阴极 反位缺陷 光学性质 电子结构 第一性原理 光学学报
2021, 41(12): 1216001
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
2 北方夜视技术股份有限公司, 南京 211106
针对K2CsSb光电阴极生长过程中可能存在的K3Sb、K2CsSb和Cs3Sb三种化合物，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，分别建立这三种锑化物阴极材料的立方结构体模型和（111）表面模型，获得了其电子结构与光学性质.对于体模型，计算得到了能带结构、态密度和光学性质，而对于表面模型，计算得到了功函数、光学性质和表面能.结果表明，三种锑化物阴极在中微子与闪烁体作用辐射能量范围（2.4~3.2 eV）内，K2CsSb体材料的吸收系数和反射率与Cs3Sb、K3Sb体材料相近，而K2CsSb（111）表面的吸收系数和反射率低于其他两种阴极的（111）表面.此外，K3Sb的禁带宽度最小、功函数最大且表面能最大，Cs3Sb的表面能最小，其功函数与K2CsSb相近但禁带宽度比K2CsSb小，而K2CsSb禁带宽度最大，功函数和表面能都较小，因此K2CsSb阴极在蓝紫光波段适合作为一种稳定高效的光电发射材料.
锑化物阴极 第一性原理 电子结构 光学性质 Antimonide cathodes First-principles Electronic structures Optical properties
贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
采用基于密度泛函理论的第一性原理和广义梯度近似方法, 对N、Co单掺以及两者共掺锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质进行了研究, 并探究了两种不同的N替换O位置对掺杂结果的影响。研究结果表明, N、Co单掺杂锐钛矿相TiO2带隙内均出现了杂质能级, N-Co共掺杂锐钛矿相TiO2带隙内出现了更复杂的杂质能级; 经掺杂后锐钛矿相TiO2的带隙均减小, N-Co共掺杂比单掺杂N、Co的锐钛矿相TiO2稳定性更好, 在可见光区域的光吸收效率得到明显提高, 吸收光谱红移更加明显; type 2较type 1位形的N-Co共掺锐钛矿相TiO2有着更大的可见光区域吸收率以及更广的红移范围。
材料 光学性质 第一性原理 锐钛矿相TiO2 电子结构 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 121604
1 河南城建学院数理学院,河南平顶山 467036
2 北京工业大学材料科学与工程学院,新型功能材料教育部重点实验室,北京 100124
3 河南城建学院土木工程学院,河南 平顶山 467036
采用密度泛函理论的方法研究了不同压力条件下立方结构NiO氧化物的晶格结构、稳定性和电子结构。 计算结果表明,NiO氧化物的晶格参数逐渐减小,键长变小,对称性保持不变;体系费米能先降低后增加;零压力下其存在着0.46 eV的间接带隙,费米能级附近的状态密度较低,随着外压力的增加,带隙先减小再 增大,费米能级附近的态密度先增大再减小。分析结果表明,随着外压力的增加,NiO氧化物价带顶附近的 载流子有效质量先增大再减小;导带底的载流子有效质量均较小。外界压力还改变了NiO体系的电子分布情况。
光电子学 压力效应 电子结构 optoelectronics NiO NiO pressure effects electronic structures
1 贵州大学 电子信息学院, 贵阳 550025
2 贵州民族大学 理学院, 贵阳 550025
采用第一性原理的贋势平面波方法, 对比研究了未掺杂和掺杂过渡金属Tc、非金属P及Tc-P共掺杂的单层MoS2的电子结构和光学性质。计算结果表明: 掺杂改变了费米面附近的电子结构, 使得导带向低能方向偏移, 并且带隙由K点转化为Γ点, 形成Γ点的直接带隙半导体。掺杂P使带隙值变小, 形成p型半导体; 掺杂Tc使带隙变宽, 形成n型半导体; Tc-P共掺杂,由于p型和n型半导体相互调制, 使得单层MoS2转变为性能更优的本征半导体;掺杂使光跃迁强度减小,且向低能方向偏移。
电子结构 光学性质 第一性原理 掺杂 electronic structures optical properties first-principles doping MoS2 MoS2
基于密度泛函理论, GGA-PBE交换相关势研究了含氧空位和氧填隙的Lu2SiO5(LSO)晶体的电子结构。详细讨论电子态密度, 分析了含氧空位的LGO晶体的电子态密度, 结果显示,在禁带中出现了一个新的态密度分布, VO5能产生一个吸收带, 该吸收带位于400~500 nm之间。
第一性原理 电子结构 点缺陷 first principle electronic structures point defects
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
1 广西民族师范学院物理与电子工程系, 广西 崇左 532200
2 河南城建学院数理系,河南 平顶山 467036
3 北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室, 北京 100124
采用平面波超软赝势密度泛函理论计算方法研究了p型Cu掺杂的纤锌矿结构氧化 物 ZnO 的电子结构,在此基础上分析了其电输运性能。计算结果表明, Cu掺杂ZnO氧化物具 有0.6 eV的直接带隙,且为p型半导体,在导带和价带中都出现了由Cu电子能级形成的能带, 体系费米能级附近的能带主要由Cu p态、Cu d态和O p态电子构成,且他们之间存在着强相互作用。 电输运性能分析结果表明, Cu掺杂的ZnO氧化物价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子 有效质量较小;其载流子输运主要由Cu p态、Cu d态、O p态电子完成,且需要载流子(空穴和电子)跃 迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小。
材料 ZnO氧化物 Cu掺杂 电子结构 电输运性能 materials ZnO oxide Cu doping electronic structures electrical transport properties
淮阴师范学院 物理与电子电气工程学院, 江苏 淮安 223001
运用第一性原理平面波赝势和广义梯度近似方法, 对纤锌矿结构和氯化钠结构GaN的状态方程及其在高压下的相变进行计算研究, 分析相变点附近的电子态密度、能带结构和光学性质的变化机制.通过状态方程和焓相等原理得到GaN从纤锌矿到氯化钠结构的相变压强分别为43.9 Gpa和46.0 Gpa; 在相变的过程中, GaN由典型的直接带隙半导体转变为间接带隙半导体材料; 氯化钠结构GaN相比于纤锌矿结构, 介电函数主峰值增强, 本征吸收边明显往高能方向移动, 氯化钠结构GaN在低能区域的光学性质差于纤锌矿结构.
氮化镓 相变 电子结构 光学性质 GaN Phase transition Electronic structures Optical properties
