氧化鋅和二氧化鈦摻雜的第一性原理計(jì)算研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展,材料計(jì)算與模擬正在當(dāng)代的材料科學(xué)研究中發(fā)揮越來越重要的作用,它能節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力。第一性原理計(jì)算不依賴于任何經(jīng)驗(yàn)參數(shù),計(jì)算結(jié)果對(duì)材料性質(zhì)有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)性,這對(duì)材料的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。我們使用基于密度泛函理論的Crystal06軟件包對(duì)氧化鋅(ZnO)和二氧化鈦(TiO2)及其摻雜體系電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算研究。 (一)鈹(Be)摻雜ZnO的計(jì)算ZnO的禁帶寬度對(duì)應(yīng)于紫外光的波長,通過摻雜

2、可以調(diào)節(jié)帶寬,有望開發(fā)出ZnO基光電器件。Be是實(shí)現(xiàn)ZnO禁帶寬度調(diào)整的合適摻雜源。首先計(jì)算了未摻雜ZnO的總能量、晶格常數(shù),給出了能帶結(jié)構(gòu)和電子態(tài)密度；然后計(jì)算了不同Be摻雜濃度下,Be摻雜ZnO的總能量、晶格常數(shù)及禁帶寬度。晶格常數(shù)變化基本符合Vegard定律,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合。同時(shí)給出了不同摻雜濃度下,摻雜體系的電子總態(tài)密度及分波態(tài)密度。計(jì)算表明,摻雜體系的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的；隨著摻雜體系中所含Be組分的增加,禁帶寬度在3.13～11.2

3、1eV之間連續(xù)變化。 (二)氮(N)摻雜TiO2的計(jì)算TiO2在光催化領(lǐng)域有重要應(yīng)用。對(duì)TiO2進(jìn)行N摻雜改性,使其在可見光波段得到響應(yīng),可提高太陽光的利用率。首先優(yōu)化未摻雜金紅石相TiO2的總能量、晶格常數(shù),得到其電子能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度；之后通過置換實(shí)現(xiàn)摻雜,優(yōu)化結(jié)構(gòu)得到摻雜體系的總能量、晶格常數(shù)及禁帶寬度。禁帶寬度由未摻雜時(shí)的3.27eV變化到1.27eV,表現(xiàn)出明顯的吸收邊紅移,同時(shí)分析了摻雜體系在費(fèi)米面附近的電子態(tài)分布,給