1 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所，西安 710021
2 西安电子科技大学，宽禁带半导体材料教育部重点实验室，西安 710071
3 西北大学信息科学与技术学院，西安 710127
4 太原理工大学，新材料界面科学与工程教育部重点实验室，太原 030024
铟(In)原子替位位置对开发新型正交GaN的储氢材料具有重要意义。当前关于In原子替位位置对正交GaN材料的影响研究相对薄弱。本文基于第一性原理研究了不同In原子替位位置下InGaN材料的形成能、电子结构、弹性特性和力学稳定性。结果表明，通常情况下间隔三个原子的In原子替位位置的形成能最小且该体系最易形成。在相同的掺杂情况下，该结构的InGaN材料也具有较大的带隙宽度以及较小的弹性模量、体积模量、剪切模量与弹性模量，这意味着其抗压能力、抗剪切应力的能力较弱，韧性以及硬度较低。此外，声子谱计算结果表明，间隔三个原子的InGaN材料在环境压力下也具有良好的力学稳定性。本研究为正交GaN的新型储氢超材料的研究提供了理论依据。
正交GaN In掺杂 形成能 电子结构 弹性和弹性各向异性 第一性原理 密度泛函理论 储氢材料 orthorhombic GaN In doping formation energy electronic structure elastic and elastic anisotropy first-principle density functional theory hydrogen storage material
本文以第一性原理计算为基础, 研究了Er掺杂后金刚石的电子结构、能级跃迁及N、B原子共掺杂对金刚石Er相关缺陷的影响。首先对Er掺杂后金刚石的形成能与结合能进行计算, 结果表明掺杂后的稳定结构为Er原子周围存在1个空位的结构, 稳定价态为+3价。然后预测零点跃迁能(ZPL)是0.807 eV, 对应激发的光子波长为1 536.289 nm。最后对N、B原子共掺杂计算, 结果表明N、B原子的掺入可以使形成能降低, 增加结构稳定性。Er掺杂金刚石使其在近红外光谱发光, 为Er金刚石色心的应用提供了理论依据。
Er掺杂 金刚石缺陷 第一性原理 电子结构 能级跃迁 形成能 Er doping diamond defect first-principle electronic structure energy level transition formation energy
1 天津大学 材料科学与工程学院, 天津 300350
2 绵阳师范学院 生命科学与技术学院, 绵阳 621000
3 天津大学 机械工程学院, 机构理论与装备设计教育部重点实验室, 天津 300354
锶(Sr)掺杂羟基磷灰石(HA)在生物材料中得到广泛应用。在此研究中, 使用水热合成的方法制备HA和Sr掺杂HA的纳米颗粒。通过实验和计算机模拟的方法研究Sr掺杂对HA化学成分、结晶度、晶格参数、形貌和形成能的影响。实验结果表明, Sr掺杂后的HA纳米颗粒晶格参数和晶体尺寸增大。随着Sr离子浓度的增加, Sr 掺杂HA的纳米颗粒的结晶度没有显著变化。模拟结果验证了实验得到的Sr 掺杂HA纳米颗粒晶格参数的准确性, 且进一步表明Sr 离子掺杂后纳米颗粒的形成能较低, 结构更稳定。当Sr掺杂浓度为10%时, Sr掺杂的优先位点是Ca(1); Sr掺杂浓度为50%时, Sr混合掺杂到Ca(1)和Ca(2)位点为更优先的掺杂模式。
羟基磷灰石 锶掺杂 晶格参数 密度泛函理论 形成能 hydroxyapatite strontium doping lattice parameter density functional theory formation energy
贵州师范大学物理与电子科学学院，贵阳 550001
半导体材料通过掺杂实现n型和p型载流子导电在半导体器件领域具有重要意义，理论上可通过计算电荷转移能级和缺陷形成能来探索半导体材料的n型和p型掺杂效率。基于第一性原理，结合二维带电缺陷计算方法，类石墨烯氮化铝(graphene-like AlN, g-AlN)中的四种(BeAl,MgAl，CaAl，SrAl)潜在p型掺杂缺陷的结构、磁学、电学和缺陷形成能及转移能级被系统地计算。结果表明，所有缺陷体系均表现为深受主能级特性，很难为二维g-AlN提供p型载流子，它们反而会捕获g-AlN中的空穴，从而严重影响二维g-AlN材料的空穴导电率。BeAl在整个电子化学势范围内具有最小的形成能，因此更加容易掺入到g-AlN中，影响g-AlN材料的p型掺杂效率。
二维g-AlN 第一性原理 带电缺陷计算 电荷转移能级 p型掺杂 缺陷形成能 two-dimensional g-AlN first-principle calculation of charged defect charge transition level p-type doping defect formation energy
江苏大学机械工程学院，微纳光电子器件及系统先进制造与可靠性国际实验室，镇江 212000
利用Adam算法优化后的BP神经网络训练预测P掺杂ZnO后的各体系的缺陷形成能，分析得出最易形成的体系是ZnO∶PZn和ZnO∶PZn(2VZn)体系，反之是ZnO∶PO和ZnO∶PZn(1VZn)体系，之后在第一性原理的基础上研究各体系光电特性，分析可知ZnO∶PZn体系呈n型导电，带隙0.78 eV，大于本征体系。ZnO∶PZn(2VZn)体系呈p型导电，带隙和本征体系相似，电导率与ZnO∶PZn体系相近且都远高于ZnO∶PZn(1VZn)体系，反射率、吸收率和光透率都优于本征ZnO体系。
P掺杂 第一性原理 形成能 Adam算法 神经网络 ZnO ZnO P doped first-principle formation energy Adam algorithm neural network
牡丹江师范学院物理系,黑龙江省新型碳基功能与超硬材料重点实验室, 牡丹江 157011
通过第一性原理，对Na掺杂(NaZn)与Zn空位(VZn)及Na掺杂与O空位(VO)共存的ZnO体系的形成能、电子结构及磁性机理进行了研究。结果表明，Na原子与空位(VZn或VO)空间位置最近时，掺杂体系的形成能最低；与诱导VZn相比，Na掺杂在ZnO体系中更易诱导VO，并且过量的Na掺杂必然导致VO的形成。另外，磁性研究发现，Na掺杂与空位(VZn或VO)共存的体系都具有磁性。并且Na掺杂与VZn共存的ZnO体系磁性源于VZn的本征缺陷，而Na掺杂与VO共存的ZnO体系的磁性源于Na原子与VO的电子关联交互作用。
Na掺杂ZnO 第一性原理 形成能 电子结构 Na doped ZnO first-principle formation energy electronic structure
1 深圳大学 光电工程学院 光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳技术大学 新材料与新能源学院，广东 深圳 518118
3 佛山科学技术学院 材料科学与能源工程学院，广东 佛山 528000
基于密度泛函理论的第一性原理研究了存在本征空位和间隙缺陷的MgAl2O4体系。缺陷形成能的结果表明，Oi4和VO分别在富氧(O-rich)和缺氧(O-poor)条件下的形成能最低，两者均在体系中引入深能级，无法增强MgAl2O4的导电性。电子结构的结果表明，Oi4在价带顶和导带底均引入能级，VO在禁带中引入深能级，分别存在这两种本征缺陷的MgAl2O4依然保持良好的绝缘性。
第一性原理 缺陷形成能 电子结构 first-principle MgAl2O4 MgAl2O4 defect formation electronic structure
1 重庆师范大学光学工程重点实验室, 重庆 400047
2 重庆市光电功能材料重点实验室, 重庆 401331
通过非金属与金属共掺杂二氧化钛(TiO2)来改变TiO2光学性质以拓展其在光催化和光电转化领域的应用是近年来研究的热点。采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法，模拟计算了氮与铂族金属(Ru,Rh,Pd)共掺杂金红石相TiO2的几何结构、能带结构、态密度、光学性质以及缺陷形成能。计算结果表明：单掺N以及N-Ru、N-Rh、N-Pd共掺杂金红石相TiO2都在一定程度上改善了对可见光的利用效率，其缺陷形成能大小顺序依次为N-Pd、N-Rh、N-Ru，这说明共掺条件下N-Ru最容易掺入TiO2晶格，但是在可见光的大部分波长范围内N-Rh共掺极大地改善了光的吸收率和反射率。
材料 金红石相TiO2 掺杂 第一性原理 光学性质 缺陷形成能 中国激光
2014, 41(s1): s106003
1 东莞理工大学 计算机学院， 广东 东莞 523808
2 华南理工大学 机械与汽车工程学院， 广州 510640
3 东莞理工大学 电子工程学院， 广东 东莞 523808
在经典力学框架内和Seeger方程基础上, 引入正弦平方势，把位错运动方程化为具有外力矩的摆方程。导出了弯结的形成能、弯结宽度、密度以及系统的激活能和弯结对的临界距离等物理量。指出位错在滑移面内的运动可视为弯结沿位错线的迁移与垂直方向的势垒翻越组成。
超晶格 位错 弯结 形成能 激活能 superlattice dislocation kinks formation energy activation energy
华南师范大学光电子材料与技术研究所， 广东 广州 510631
采用基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)的平面波超软赝势方法(PWP)分别对GaN和Cu吸附在GaN(0001)2×2表面atop、H3、T4不同位置的体系进行了几何结构优化，分别计算了GaN和Cu吸附GaN的两个体系的吸附能、能带结构和电子态密度。计算结果表明，在Cu吸附的GaN(0001)表面体系中，相比于Ga和N原子的上面位置，孤立的Cu原子最优先吸附在3倍原子层下的面心位置。Cu吸附的GaN(0001)表面体系呈现出半金属性，并且呈n型导电特征，这表明了Cu作为GaN器件电极的可行性。
光学器件 GaN(0001)表面 Cu 吸附 形成能 电子结构 光学学报
2011, 31(s1): s100117
