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钾掺杂对纤锌矿型氧化锌电子结构和光学性质的影响
1
作者 马战红 于仁红 任凤章 《河南科技大学学报（自然科学版）》 北大核心 2024年第2期15-20,M0003,共7页
针对纯纤锌矿型ZnO禁带宽度较高,不能吸收大部分可见光的问题,采用基于密度泛函理论的第一性原理,构建了钾掺杂ZnO的4种超胞模型,并对4种模型进行几何优化,计算了KXZn1-XO的能带结构、态密度和光吸收性能。结果表明:采用广义梯度近似法(... 针对纯纤锌矿型ZnO禁带宽度较高,不能吸收大部分可见光的问题,采用基于密度泛函理论的第一性原理,构建了钾掺杂ZnO的4种超胞模型,并对4种模型进行几何优化,计算了KXZn1-XO的能带结构、态密度和光吸收性能。结果表明:采用广义梯度近似法(GGA)+U方法计算得到纯氧化锌带隙为3.373 eV,与实验值一致;随着钾掺杂量X的增大,ZnO的禁带宽度Eg出现先增大后减小再增加的现象,KXZn1-XO吸收带发生先蓝移后红移的现象。 展开更多
关键词 钾掺杂 纤锌矿型氧化锌 第一性原理 电子结构 光学性质
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MnGa二元合金等静压电子结构与磁性质的研究
2
作者 张飞鹏 路清梅 +2 位作者 刘卫强 张东涛 岳明 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第3期541-550,共10页
为了研究等静压下非稀土磁性材料MnGa合金的电子结构和磁性质,本文在密度泛函理论计算的基础上系统研究了四方MnGa合金在500 MPa等静压下的晶格结构、生成、自旋电子结构和磁性质。结果表明,四方MnGa合金在500 MPa等静压下更容易生成,... 为了研究等静压下非稀土磁性材料MnGa合金的电子结构和磁性质,本文在密度泛函理论计算的基础上系统研究了四方MnGa合金在500 MPa等静压下的晶格结构、生成、自旋电子结构和磁性质。结果表明,四方MnGa合金在500 MPa等静压下更容易生成,呈各向异性压缩性质。合金中异类原子之间的距离较小,同类原子之间的距离较大。四方MnGa合金在500 MPa等静压下的能带结构呈金属性导体型。与Ga的d电子相比,四方MnGa合金中Mn的d电子呈现较高的净磁矩,贡献了体系的剩磁。四方MnGa合金呈现弱的亚铁磁性,在500 MPa等静压下净有效磁矩减小。 展开更多
关键词 四方MnGa合金 等静压 晶体结构 自旋电子结构 磁性质 密度泛函理论
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W掺杂Ti(C_(0.5)N_(0.5))的电子结构及力学性能的理论分析
3
作者 熊萧 董定乾 +4 位作者 熊健松 贺逢源 陈鑫辉 熊慧文 张立 《硬质合金》 CAS 2024年第1期1-11,共11页
采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对金属原子W掺杂Ti(C_(0.5)N_(0.5))的晶格常数、弹性常数和电子结构以及电荷布居进行计算和分析,结果表明:W原子可稳定存在于(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))中,但W原子的加入使得(Ti_(1-x)W_(x... 采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对金属原子W掺杂Ti(C_(0.5)N_(0.5))的晶格常数、弹性常数和电子结构以及电荷布居进行计算和分析,结果表明:W原子可稳定存在于(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))中,但W原子的加入使得(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))体系稳定性下降,增强了原子间的键能,且晶格因替换原子W与Ti的直径大小不同产生畸变,并伴随着W含量的增加会加剧晶格畸变和晶格常数失衡;由弹性常数计算结果表明,适当添加W原子能改善(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))的抵抗外力变形的能力和硬度,同时可以降低晶体的脆性,且当x(W)=12%时,(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))抵抗变形能力和硬度达到最佳,理论硬度HV提高了6%;电子结构计算结果显示,W原子掺杂后费米能级处态密度增加,增强了(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))的导电性,且远高于Ti(C_(0.5)N_(0.5))的导电性;通过差分电荷密度图发现,W原子掺杂替换Ti会与C原子形成极性共价键,可以改善(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))的固有力学性能。 展开更多
关键词 TICN 第一性原理 稳定性 力学性能 电子结构
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Mg掺杂ZnO电子结构与压电性能的第一性原理研究
4
作者 张涛 刘仡锟 +2 位作者 顾马龙 杨龙海 席悦 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第2期197-201,共5页
采用第一性原理计算方法研究了掺杂不同Mg(r(Mg),摩尔比)的ZnO材料的电子结构与压电性能。研究发现,随着r(Mg)的增加,ZnO晶格常数c与a的比值(c/a)减小,材料禁带宽度增大。当r(Mg)=0.3时,其带隙达到最大值(为1.493 eV)。态密度与差分电... 采用第一性原理计算方法研究了掺杂不同Mg(r(Mg),摩尔比)的ZnO材料的电子结构与压电性能。研究发现,随着r(Mg)的增加,ZnO晶格常数c与a的比值(c/a)减小,材料禁带宽度增大。当r(Mg)=0.3时,其带隙达到最大值(为1.493 eV)。态密度与差分电荷密度计算结果表明,其带隙增大的原因是导带中Zn-3d态向高能端移动。Mg的引入有助于提升ZnO材料的压电性能,其压电系数从本征的1.30272 C/m^(2)提升至1.35588 C/m^(2),压电系数的提高可能来源于四方因子c/a数值减小引起的结构畸变。 展开更多
关键词 第一性原理 Mg掺杂ZnO 压电系数 电子结构 晶格常数
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基于第一性原理GGA+U方法研究Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)电子结构和光电性质
5
作者 张英楠 张敏 +1 位作者 张派 胡文博 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期296-305,共10页
采用基于密度泛函理论的GGA+U方法,计算了本征和Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)的形成能、能带结构、态密度、差分电荷密度和光电性质.结果表明,Si取代四面体Ga(1)更容易实验合成,得到的β-Ga_(2)O_(3)带隙和Ga-3d态峰值与实验结果吻合较好,且贫... 采用基于密度泛函理论的GGA+U方法,计算了本征和Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)的形成能、能带结构、态密度、差分电荷密度和光电性质.结果表明,Si取代四面体Ga(1)更容易实验合成,得到的β-Ga_(2)O_(3)带隙和Ga-3d态峰值与实验结果吻合较好,且贫氧条件下更倾向于获得有效掺杂.Si掺杂后,总能带向低能端移动,费米能级进入导带,呈现n型导电性;Si-3s轨道电子占据导带底,电子公有化程度加强,电导率明显改善.随着Si掺杂浓度的增加,介电函数ε_(2)(ω)的结果表明,激发导电电子的能力先增强后减弱,与电导率的量化分析结果一致.光学带隙增大,吸收带边上升速度减慢;吸收光谱结果显示Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)具有较强的深紫外光电探测能力.计算结果将为下一步Si掺杂β-Ga_(2)O_(3)实验研究和器件设计的创新及优化提供理论参考. 展开更多
关键词 GGA+U方法 Si掺杂β-Ga_(2)O_(3) 电子结构 光电性质
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密度泛函理论模拟外电场对铁氧体电子结构的影响
6
作者 黄寒梅 魏世勇 +3 位作者 陈晓龙 谢中奎 向文军 王锐 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第2期361-372,共12页
通过密度泛函理论(DFT)模拟了3种典型的铁氧体(Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH)受外电场作用下的电子结构,研究了外电场对不同铁氧体电子结构的影响。DFT模拟结果显示:外电场的存在能够有效提高Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和α-FeOO... 通过密度泛函理论(DFT)模拟了3种典型的铁氧体(Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH)受外电场作用下的电子结构,研究了外电场对不同铁氧体电子结构的影响。DFT模拟结果显示:外电场的存在能够有效提高Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH晶体结构的价带位置,从而导致3种铁氧体的带隙出现明显的降低;当外电场强度为0.01 V·nm^(-1)时,Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH的带隙分别降低了0.36、0.12和0.34 eV;当电场增大至0.1 V·nm^(-1)时,Fe_(2)O_(3)晶体出现击穿现象,Fe—O化学键断裂导致Fe原子的电子沿外电场方向高度离域至相邻Fe原子,而Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH则仅出现不同价带能级电子局域性增强且能量同质化,因而显示出相对稳定的物理化学结构。此外,外电场的存在可导致3种铁氧体价带电子均出现简并现象,且随电场强度增大而增强。3种铁氧体中,外电场的存在导致Fe_(2)O_(3)晶体中Fe原子的电荷密度增大而降低O原子的电荷密度;Fe_(3)O_(4)晶体结构中不同配位结构的Fe原子以及配位O原子的Hirshfeld电荷几乎不受外电场的影响;α-FeOOH晶体中共边FeO_(6)配位结构的Hirshfeld电荷受外电场影响较小,而共角Fe06配位结构的Hirshfeld电荷受外电场影响较大,且H原子的电荷在强外电场作用下发生歧化响应。随着外电场强度逐渐增大,Fe_(3)O_(4)晶体的电子自旋态密度逐渐增大,而α-FeOOH晶体的电子自旋态密度则显示出降低的规律。 展开更多
关键词 外电场 铁氧体 电子结构 密度泛函理论模拟
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第一性原理研究In,Cr,Sb掺杂BiOIO_(3)的电子结构和光学性质
7
作者 苟杰 王云杰 +1 位作者 白雪 苏欣 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2024年第3期291-298,共8页
基于第一性原理研究In,Cr,Sb掺杂BiOIO_(3)的电子结构和光学性质的理论机制。BiOIO_(3)与In,Cr,Sb掺杂BiOIO_(3)四种结构体系的带隙值分别为1.910,1.837,1.777和1.603eV,与BiOIO_(3)本征带隙相比较,掺杂In,Cr,Sb元素后跃迁方式都由间接... 基于第一性原理研究In,Cr,Sb掺杂BiOIO_(3)的电子结构和光学性质的理论机制。BiOIO_(3)与In,Cr,Sb掺杂BiOIO_(3)四种结构体系的带隙值分别为1.910,1.837,1.777和1.603eV,与BiOIO_(3)本征带隙相比较,掺杂In,Cr,Sb元素后跃迁方式都由间接带隙变为直接带隙,这一变化表明掺杂后减少了跃迁需要的能量。且Cr掺杂体系表现出n型半导体特性,表明引入Cr加快了电子的迁移速率,使Cr掺杂BiOIO_(3)具有更高的导电性能。在对光学性质的研究中,发现掺杂元素Cr后BiOIO_(3)对紫外光、红外光区域的吸收能力都大幅度提升,并提高了可见光光催化活性。掺杂In,Cr,Sb后BiOIO_(3)晶体在1064nm处的双折射率分别为0.227,0.141和0.247,In和Sb掺杂增大了双折射率,而掺杂Cr元素降低了双折射率。 展开更多
关键词 BiOIO_(3) 电子结构 光学性质 第一性原理
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基于电子结构理论的微合金Q355B热轧钢力学性能预测
8
作者 杨佳琛 江海涛 +1 位作者 田世伟 陈飞达 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期204-208,共5页
基于固体与分子经验电子理论(EET),结合微合金Q355B钢的化学成分,计算合金电子结构参数特征值。在传统合金电子结构模型基础上,引入铁素体体积分数、珠光体的晶粒尺寸和体积分数、珠光体片层间距等进行模型修正,提出新的预测模型。从细... 基于固体与分子经验电子理论(EET),结合微合金Q355B钢的化学成分,计算合金电子结构参数特征值。在传统合金电子结构模型基础上,引入铁素体体积分数、珠光体的晶粒尺寸和体积分数、珠光体片层间距等进行模型修正,提出新的预测模型。从细晶强化、固溶强化、相界面强化、析出强化以及珠光体相变强化入手,建立了微合金Q355B热轧钢的力学性能预测模型,并分别计算了抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击功。将传统模型和本模型的计算值与试验值进行对比,结果表明,修正后的模型对抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击功的预测相对误差分别为0.07%、0.84%、6.27%和3.40%,绝对误差分别为0.4 MPa、3.9 MPa、1.7%和1.1 J。与传统模型相比,本模型对强度的预测结果十分精准,对延伸率和冲击功的预测精度有较大提升,表明本模型的预测结果更接近试验值。 展开更多
关键词 微合金钢 电子结构理论 力学性能
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Ni,Cu,Zn掺杂四方相PbTiO_(3)力学性能、电子结构与光学性质的第一性原理研究
9
作者 王云杰 张志远 +2 位作者 文杜林 吴侦成 苏欣 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第2期258-266,共9页
采用第一性原理研究了四方相钙钛矿PbTiO_(3)以及Ni、Cu、Zn掺杂PbTiO_(3)的力学性能、电子结构和光学性质。力学性能计算结果表明,Ni掺杂PbTiO_(3)的体积模量、剪切模量及弹性模量在三种掺杂体系中最大。Ni掺杂体系德拜温度最高。G/B... 采用第一性原理研究了四方相钙钛矿PbTiO_(3)以及Ni、Cu、Zn掺杂PbTiO_(3)的力学性能、电子结构和光学性质。力学性能计算结果表明,Ni掺杂PbTiO_(3)的体积模量、剪切模量及弹性模量在三种掺杂体系中最大。Ni掺杂体系德拜温度最高。G/B为材料的脆、韧性判据,Zn掺杂PbTiO_(3)的G/B值最大,说明化学键定向性最高。Ni、Zn掺杂体系的G/B范围为0.56<G/B<1.75,均为脆性材料,而本征PbTiO_(3)和Cu掺杂体系G/B值小于0.56,均为韧性材料。通过电子结构分析,发现掺杂体系相比于本征体系带隙变窄,跃迁能量减小。Ni掺入使得PbTiO_(3)费米能级处出现杂质能级,而Cu、Zn掺杂PbTiO_(3)价带顶上移,费米能级进入价带,使得Cu、Zn掺杂PbTiO_(3)呈现p型导电特性。从复介电函数、光学反射谱和吸收谱分析中发现,掺杂体系的静介电常数相较于本征体系有所提升。Ni、Cu、Zn的掺杂使得PbTiO_(3)吸收范围扩展到红外波段,且增强了可见光波段的吸收强度,Cu掺杂PbTiO_(3)材料的光催化特性在本征PbTiO_(3)和三种单掺PbTiO_(3)材料中是最好的。 展开更多
关键词 第一性原理 PbTiO_(3) 掺杂 力学性能 电子结构 光学特性
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A_(3)PO_(4)(A=Li,Na,K,Rb,Cs)电子结构与光学性质的第一性原理研究
10
作者 王云杰 文杜林 苏欣 《人工晶体学报》 北大核心 2024年第1期123-131,共9页
基于密度泛函理论对P-O配位多面体与不同阳离子构成的系列化合物A_(3)PO_(4)(A=Li,Na,K,Rb,Cs)的几何结构、电子结构、光学性质进行系统探究。研究表明通过碱金属原子替换可以改变结构框架,从而调节系列化合物的带隙及光学性能,为设计... 基于密度泛函理论对P-O配位多面体与不同阳离子构成的系列化合物A_(3)PO_(4)(A=Li,Na,K,Rb,Cs)的几何结构、电子结构、光学性质进行系统探究。研究表明通过碱金属原子替换可以改变结构框架,从而调节系列化合物的带隙及光学性能,为设计综合性能优异的材料提供了一条有效途径。能带结构计算表明,五种化合物均为直接带隙化合物且都具有宽的带隙,A_(3)PO_(4)(A=Li,Na,K,Rb,Cs)的带隙依序为5.853、5.153、4.083、3.559、3.405 eV。布居分析发现阳离子A(A=Li,Na,K,Rb)与氧键合形成O—A键,其键长依序逐渐增大并呈现离子键,这也是A_(3)PO_(4)(A=Li,Na,K,Rb)带隙依序减小的主要原因。另一方面,Cs_(3)PO_(4)没有形成离子性质的O—Cs键,导致带隙减小。五种化合物的导带都是由碱金属原子的s和p轨道,以及P-3p轨道组成,价带顶的主要贡献者是O-2p轨道,O原子的2p轨道还在费米能级附近表现出较强的局域性,P-3p轨道与O的2p轨道成键,P—O表现为强的共价键。五种化合物对低能区电磁波响应较弱,主要响应集中在5~15 eV的高能区。 展开更多
关键词 磷酸盐晶体 第一性原理 密度泛函理论 电子结构 光学性能
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