1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
在卤族钙钛矿材料的缺陷研究中, 密度泛函理论计算发挥着重要作用。传统的半局域泛函(如PBE)虽然能够得到与实验接近的禁带宽度, 但是已有研究表明其不能准确描述材料的带边位置。采用更准确的杂化泛函, 结合自旋轨道耦合(SOC)效应与充分的结构优化开展缺陷研究十分必要。可以选择两种杂化泛函, 即屏蔽的杂化泛函HSE和非屏蔽的杂化泛函PBE0。本研究以正交相CsPbI3为例, 系统比较了两种方法在缺陷性质计算上的差异。计算结果表明, 对于体相性质, 两种杂化泛函并无明显的差别。但是, 对于缺陷性质, 两种泛函出现定性的差别。HSE计算中预测的浅能级缺陷, 在PBE0计算中大部分变为深能级缺陷, 且缺陷转变能级和Kohn-Sham能级均出现定性差别。上述差别的本质在于, Hartree-Fock交换势具有长程作用特征, 因而普通的杂化泛函如PBE0在计算量允许的超胞尺寸上无法得到收敛的结果, 而HSE对上述交换势具有屏蔽作用, 可采用相对小尺寸的超胞得到收敛的缺陷能级。本研究结果表明, 尽管HSE杂化泛函需要较大的Hartree-Fock混合参数(约0.43), 其仍是准确计算卤族钙钛矿缺陷性质的有效方法。
钙钛矿 本征缺陷 CsPbI3 杂化泛函 第一性原理计算 perovskites intrinsic defect CsPbI3 hybrid functional first-principles calculation
1 天津城建大学理学院, 天津 300384
2 中电科能源有限公司, 天津 300381
3 河北工业大学材料科学与工程学院, 电工装备可靠性与智能化国家重点实验室, 天津 300130
本文研究了铪铁双掺铌酸锂(LN∶Fe, Hf)晶体的衍射效率随光栅写入角度的变化曲线, 并对该关系曲线进行了拟合分析, 发现超阈值的铪铁双掺铌酸锂晶体的体光生伏打系数κ值相比于单掺铁铌酸锂晶体大幅增加。造成κ值变化的原因可能是由于铪离子的掺入消除了晶体中存在的本征缺陷, 而晶格环境的完美化使得留在锂位的铁离子的光生伏打系数大幅上升。此外, 实验结果还表明超阈值的铪铁双掺铌酸锂晶体中参与光折变的缺陷中心浓度约为14.5 ppm (1 ppm=10-6), 即约有4.8%的铁离子仍然“残存”在锂位中, 而这些铁离子可以引起足够强的光折变效应, 成为主导铌酸锂晶体光折变性能的缺陷中心。此外, 还从杂质缺陷-氢氧根基团角度讨论了铁离子晶格占位的可能性。
铌酸锂 光折变 杂质缺陷 缺陷基团 氢氧根振动 本征缺陷 lithium niobate photorefraction impurity defect defect complex hydroxyl vibration intrinsic defect
1 南开大学物理科学学院, 天津 300071
2 南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室, 天津 300457
3 山西大学极端光学协同创新中心, 太原 030006
4 河南工程学院材料工程学院, 河南省电子陶瓷材料与应用重点实验室, 郑州 451191
铌酸锂晶体的内偏置场对铁电应用、电光应用和非线性光学应用等均有直接影响。本工作建立了铌酸锂(LN)晶体内偏置场测试方法, 对同成分铌酸锂(CLN)晶体、近化学计量比铌酸锂(nSLN)晶体、掺杂铌酸锂(doped LN)晶体的内偏置场和矫顽场进行测量。结果表明, CLN晶体内偏置场最高(Eint=2.53 kV/mm), nSLN晶体的内偏置场大幅降低, 其中富锂熔体法生长和气相输运平衡(vapor transport equilibration, VTE)法结合得到的nSLN晶体的内偏置场最小, 与CLN晶体相比降低了约两个数量级; 掺杂铌酸锂晶体的内偏置场与CLN晶体相比也普遍降低, 其中掺6.5%(摩尔分数)Mg的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的四分之一, 掺7%(摩尔分数)Zn的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的六分之一。最后对组分和掺杂影响内偏置场的因素进行了简要分析。
铌酸锂晶体 内偏置场 名义纯 掺杂 本征缺陷 阈值浓度 lithium niobate crystal internal bias electric field nominally undoping doping intrinsic defect threshold concentration
1 安庆师范大学 电子工程与智能制造学院, 安徽 安庆 246133
2 安徽师范大学 功能分子固体教育部重点实验室, 安徽 芜湖 241000
3 安徽师范大学 光电材料科学与技术安徽省重点实验室, 安徽 芜湖 241000
4 浙江师范大学 物理系, 浙江 金华 321004
利用基于标准PBE0泛函的杂化密度泛函理论计算了Sr2MgSi2O7中本征缺陷、缺陷复合对及镧系离子的缺陷形成能、热力学转变能级以及光跃迁能级, 以研究它们在Sr2MgSi2O7∶Eu2+, Dy3+的热致发光和长余辉发光过程中所起的作用。PBE0计算的形成能结果表明, 缺陷VO、SrMg、MgSr和SrMg-MgSr较容易在还原气氛下制备的Sr2MgSi2O7材料中生成。基于PBE0计算的基质带隙(7.18 eV)和缺陷形成能, 获得了上述较易形成的缺陷与复合对以及镧系离子的热力学转变能级和光跃迁能级。根据理论计算结果与实验所确定的陷阱深度的直接对比, 电中性及带一个负电荷的氧空位与Dy3+离子可以作为该材料中的电子陷阱, 从而有助于其热致发光和长余辉发光。本研究的目的是利用第一性原理研究方法深入理解Sr2MgSi2O7∶Eu2+, Dy3+的热致发光和长余辉发光机理, 从而作为实验研究手段的一种有效补充。
本征缺陷 镧系离子 热力学转变能级 长余辉发光 第一性原理 native defects lanthanide ions thermodynamic transition energy levels long-lasting luminescence first-principles
