1 中建材(洛阳)新能源有限公司,洛阳 471000
2 河南理工大学材料科学与工程学院，焦作 454000
基于密度泛函理论研究了Au、Cu、Sb掺杂CdTe体系的电子结构和光学性能。Au、Cu、Sb掺杂CdTe体系均能稳定存在，过渡金属原子与Cd原子轨道的杂化减小了CdTe的带隙，提高了CdTe对可见光的利用，同时降低了光生电子从价带跃迁到导带所需的能量，从而促进了更多的光生电子发生迁移，大大提高了其光学性能。三种掺杂体系中Sb/CdTe体系在可见光范围内光吸收系数提升最显著，其光生电子和光生空穴迁移率相对于CdTe体系分别增加5.97倍和15.54倍。通过计算掺杂体系的能带、态密度、电子布居、光吸收函数、载流子迁移率，从理论上揭示了Au、Cu、Sb提高CdTe光学性能的机理。
第一性原理 电子性质 光学性能 载流子迁移 CdTe CdTe first-principle electronic property optical property carrier mobility
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 遵义师范学院物理与电子科学学院,遵义 563006
2 贵州师范大学物理与电子科学学院,贵阳 550025
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了完全Heusler合金Cr2ZrSb/Sc2FeSn(100)异质结中六种界面CrCr-ScFe-T、ZrSb-ScSn-T、CrCr-ScSn-B、ZrSb-ScFe-B、CrCr-ScFe-V和 ZrSb-ScSn-V的电磁特性及电子性质。结果表明,界面原子间的相互作用造成了界面间原子层的不均匀,导致界面层的力学失配率加大。与块体中的高自旋极化率相比,异质结的自旋极化率遭到不同程度的破坏。但是,ZrSb-ScFe-B界面保留了较高的自旋极化率值,通过Julliere模型预测该异质结在低温下隧道磁电阻值约为429.29%,在自旋电子学器件中具有潜在的应用前景。
第一性原理 Heusler合金 电磁特性 电子性质 自旋极化 异质结 磁性器件 first-principle Heusler alloy electromagnetic property electronic property spin polarization heterojunction magnetic device
1 西南民族大学电子信息工程国家民委重点实验室，成都 610041
2 郑州轻工业大学磁电信息功能材料重点实验室，郑州 450002
采用第一性原理的密度泛函理论平面波赝势法, 通过投影缀加波(PAW)和广义梯度近似(GGA)系统地研究了Ti3(ZnxAl1-x)C2的结构、能量、声子性质、电子性质和弹性性质。对MAX相Ti3AlC2晶体中A位置的Al元素用Zn元素进行替换掺杂，构建出Ti3(ZnxAl1-x)C2(x=0,0.25,0.5,0.75,1)固溶体结构模型。计算分析表明: 在所研究的掺杂浓度范围内Ti3(ZnxAl1-x)C2均是热力学、动力学和力学稳定的脆性材料; 此外，Ti3(ZnxAl1-x)C2(x=0,0.25,0.5,0.75,1)均呈现金属性，在费米能级处的电子态密度主要贡献来自Ti-3d态，同时具有离子键、共价键和金属键的综合性质。随着Zn原子掺杂浓度的增加，在一定程度上其导电性和塑性均增强。
MAX相 低维晶态材料 第一性原理 电子性质 弹性性质 声子性质 Ti3(ZnxAl1-x)C2 Ti3(ZnxAl1-x)C2 MAX phase low dimensional crystalline material first-principle electronic property elastic property phonon property
1 济南大学信息科学与工程学院，济南 250022
2 山东省网络环境智能计算技术重点实验室，济南 250022
3 鲁东大学信息与电气工程学院，烟台 264025
通过基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了Mg单掺杂、N单掺杂和不同浓度的Mg-N共掺杂β-Ga2O3的结构性质、电子性质和光学性质，以期获得性能比较优异的p型β-Ga2O3材料。建立了五种模型：Mg单掺杂、N单掺杂、1个Mg-N共掺杂、2个Mg-N共掺杂和3个Mg-N共掺杂β-Ga2O3。经过计算，3个Mg-N共掺杂β-Ga2O3体系的结构最稳定。此外，在5种模型中，3个Mg-N共掺杂β-Ga2O3体系的禁带宽度是最小的，并且N 2p和Mg 3s贡献的占据态抑制了氧空位的形成，从而增加了空穴浓度。因此，3个Mg-N共掺杂β-Ga2O3体系表现出优异的p型性质。3个Mg-N共掺杂体系的吸收峰出现明显红移，在太阳盲区的光吸收系数较大，这归因于导带Ga 4s、Ga 4p、Mg 3s向价带O 2p、N 2p的带间电子跃迁。本工作将为p型β-Ga2O3日盲光电材料的研究和应用提供理论指导。
掺杂 p型掺杂 结构性质 电子性质 光学性质 第一性原理 β-Ga2O3 β-Ga2O3 doping p-type doping structural property electronic property optical property first-principle
1 常州工学院 理学院, 常州 213032
2 中国科学院 上海应用物理研究所, 上海201800
3 上海科技大学 物质科学与技术学院, 上海 201210
MXene是一类具备丰富物理化学性质的新型二维过渡金属碳化物, 在储能、催化、复合材料、发光材料等领域都表现出潜在的应用前景。元素掺杂、结构缺陷、表面功能化、外加电场、外加应力等方法是调节二维材料性能的有效手段。作为厚度最小和最轻的含钛MXene材料, Ti2CO2具有间接半导体特性, 本工作研究外加电场、外加应力和电荷态等条件对Ti2CO2电学性能的调控。结果表明：无缺陷Ti2CO2原胞的带隙随着外加电场的增强而变小。在Ti2CO2体系中, 碳空位较易形成。研究发现拉伸应力可以改变含碳空位体系的导电能力, 费米能级附近的能带随着拉伸应力的增大而逐渐平滑。研究还发现电荷态会改变含碳空位2×2×1 Ti2CO2超胞的能带结构, 随着电荷态的增加, 体系费米能级的位置逐渐降低, 且电荷态为+2时, 含碳空位2×2×1 Ti2CO2超胞表现出半导体特性, 带隙类型转变为直接带隙, 带隙值为0.489 eV。
第一性原理 Ti2CO2 电场 应力 电荷态 电子性质 first-principles Ti2CO2 electric field strain charge state electronic property
中国石油大学(北京)理学院，北京市油气光学探测技术重点实验室，北京 102249
A2BB′X6型双钙钛矿分子材料由于其结构稳定、性质优异、成本低廉等优点受到了人们的广泛关注，具有无毒、环境稳定性高等特点，同时也成为目前太阳能电池研究领域的热点。为了筛选优质的双钙钛矿分子，本文采用密度泛函理论设计了10种A2BNiX6型双钙钛矿分子。研究了分子的结构稳定性、电子性质和光学性质，分析了不同位置的元素对其能带和光学性质的影响。研究结果表明,A2BNiX6型双钙钛矿都是直接带隙，非常有利于可见光的吸收。尤其是X位置为F原子的A2BNiF6的4种双钙钛矿带隙值为1.52~1.69 eV，非常适合作为光吸收材料。光学性质研究表明，A2BNiF6双钙钛矿是一种透明材料，在透明发光材料方面具有广泛的应用前景。尽管相对于杂化泛函存在一定误差，但这些研究为双钙钛矿太阳能电池的吸光材料提供了理论支持。
双钙钛矿 第一性原理 电子性质 光学性质 double perovskite first-principle electronic property optical property
西安市环境与食品安全检测工程研究中心, 西安文理学院化学工程学院, 陕西 西安 710065
近些年, 由于硅半导体材料在微电子工业中的潜在应用, 其理论和实验研究备受人们广泛关注。 尤其是过渡金属掺杂的硅团簇材料在物理化学性质方面表现了极好的稳定性。 这些主要归因于过渡金属含有未填满的d轨道电子, 可以填充硅团簇表面的空轨道, 减少团簇表面的悬挂键, 进而提高整个掺杂硅团簇的结构稳定性, 同时产生各种特殊光学、 磁性和超导等性质。 采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法对HmTiSin (m=1～2; n=2～8)团簇的几何结构和电子性质进行了理论计算, 讨论了Ti掺杂硅团簇TiSin(n=2～8)及其氢化团簇基态结构的变化规律、 解离通道和HOMO-LUMO能隙等特征。 结果表明, 随着Si原子数目的增加, 在TiSin(n=2～8)团簇中其掺杂Ti原子依次吸附在团簇的棱、 面及结构内部。 当在掺杂团簇表面吸附氢原子时, 都优于吸附在团簇的硅原子上, 而且绝大多数的氢化结构采纳了TiSin团簇的骨架构型。 解离能和HOMO-LUMO能隙的分析结果表明在团簇表面吸附两个H原子时能够明显提高整个团簇的结构稳定性。 二阶能量差分的研究发现TiSi2和TiSi6团簇相对其他团簇具有较高的稳定性, 同时两个H1TiSi7和H2TiSi7氢化团簇的稳定性更高。 此外, 模拟了这些氢化团簇的红外振动特征峰, 对主要特征峰进行了归属。 这些研究将为过渡金属掺杂硅基团簇材料的实验制备和表征提供重要的理论参考。
团簇 氢化物 几何结构 电子性质 红外光谱 Cluster Hydride Geometric structure Electronic property Infrared spectra
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
1 石河子大学师范学院物理系生态物理重点实验室,新疆,832003
2 新疆师范大学数理信息学院,乌鲁木齐,830053
3 河南大学物理与信息光电子学院理论物理研究所,开封,475004
4 华东理工大学理学院,上海,200237
利用密度泛函理论的B3LYP方法在6-31G*的水平上对GanNn(n=2～5)团簇的结构进行优化,得到了GanNn(n=2～5)团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的电子性质、成键特性和极化率进行分析.结果表明,团簇的最稳定结构为平面结构,且存在着N2和N3单元,说明N-N键在团簇的形成过程中起着决定性的作用;能隙间隔为1.776～3.563 eV,表明GanNn(n=2～5)团簇已具有了半导体的性质.
GanNn团簇 最低能量结构 电子性质 原子与分子物理学报
2008, 25(1): 143
