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不同浓度稀土元素Lu掺杂GaN电子结构和光学性质的第一性原理研究

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光学学报 2024年

作者：付莎莎肖清泉唐华姚云美邹梦真叶建峰谢泉贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法，计算了本征GaN和不同浓度Lu掺杂Ga1-xLuxN(x=0.0625、0.125、0.1875、0.25)体系的电子结构和光学性质，研究了当浓度为12.5%和18.75%时相同掺杂量不同空间有序占位体系结构的稳定性... 详细信息

采用密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法，计算了本征GaN和不同浓度Lu掺杂Ga1-xLuxN(x=0.0625、0.125、0.1875、0.25)体系的电子结构和光学性质，研究了当浓度为12.5%和18.75%时相同掺杂量不同空间有序占位体系结构的稳定性。计算结果表明：掺杂后体系晶格参数均有所增大，由于Lu的掺入诱导了浅能级杂质，使掺杂后体系带隙较本征带隙(3.40 eV)均减小；与本征GaN相比，掺杂体系静介电常数均增加，当浓度为25%时，提高为5.42，介电函数虚部和吸收谱往低能方向移动，发生了红移现象，扩展了吸收光谱范围，增强了GaN的光催化性能。

关键词： GaN 替位掺杂电子结构光学性质

过渡金属掺杂的g-GaN吸附Cl_(2)和CO气体分子的第一性原理研究

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无机化学学报 2024年第6期40卷 1189-1200页

作者：田双林高廷红刘玉涛陈茜谢泉肖清泉梁永超贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所贵阳550025

基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了类石墨烯氮化镓(g-GaN)和掺杂过渡金属原子(TM)的g-GaN对Cl_(2)和CO气体分子的吸附行为。结果表明,Cl_(2)和CO在本征g-GaN上的吸附均为物理吸附,2个体系的吸附能均为正值,表明体系不稳定。... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了类石墨烯氮化镓(g-GaN)和掺杂过渡金属原子(TM)的g-GaN对Cl_(2)和CO气体分子的吸附行为。结果表明,Cl_(2)和CO在本征g-GaN上的吸附均为物理吸附,2个体系的吸附能均为正值,表明体系不稳定。相反,Cl_(2)和CO在Fe和Co掺杂的g-GaN上吸附时的吸附能为负值,且吸附能较小,表明吸附体系稳定。通过分析态密度、电荷密度差和能带结构等性质,可以得出结论:过渡金属原子的引入能有效增强气体分子与g-GaN之间的相互作用。

关键词：气体传感类石墨烯GaN 吸附过渡金属掺杂

双轴应变对NbSe/MoSiN肖特基势垒的调控

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原子与分子物理学报 2024年 188-194页

作者：张宇哲安梦雅谢泉贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所

最近一种高质量的二维(Two-dimensional, 2D)半导体材料MoSi2N4(MSN)在实验上被成功合成,具有优异的电气和机械性能.尽管最近有大量的研究致力于揭示MSN的材料特性,但到目前为止,对MSN的电接触物理特性的探索还比较少.在这项工作中,构... 详细信息

最近一种高质量的二维(Two-dimensional, 2D)半导体材料MoSi2N4(MSN)在实验上被成功合成,具有优异的电气和机械性能.尽管最近有大量的研究致力于揭示MSN的材料特性,但到目前为止,对MSN的电接触物理特性的探索还比较少.在这项工作中,构建了金属-半导体NbSe2/MSN肖特基结并使用第一性原理密度泛函理论计算研究了该肖特基结的材料特性.发现NbSe2/MSN接触具有超低肖特基势垒高度(Schottky barrier height, SBH),这有利于纳米电子学应用. SBH可以通过施加双轴应变的方式进行有效的调控.当施加拉伸应变时能实现NbSe2/MSN肖特基结由p型肖特基接触转变为p型欧姆接触,而当施加较大的压缩应变时能实现p型肖特基接触和n型肖特基接触之间的转换.我们的研究结果为MSN的2D电触点的物理特性提供了见解,并将为设计基于MSN的2D纳米器件的高性能电触点提供关键的一步.

关键词： MoSi N NbSe 肖特基结欧姆接触

团簇连接对Cu10Ag90快速凝固中晶体结构的影响

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原子与分子物理学报 2024年第1期41卷 71-80页

作者：蒲元伟梁永超贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所贵阳550025

快速凝固得到的晶体通常都会形成多种孪晶结构,但其成因一直是一个谜.本文采用分子动力学模拟Cu10Ag90合金在0、20和40 GPa压强下的快速凝固过程,分别形成了五重孪晶、层片状孪晶和复杂晶体,通过最大标准团簇方法(LaSCA)分析了短程有序... 详细信息

快速凝固得到的晶体通常都会形成多种孪晶结构,但其成因一直是一个谜.本文采用分子动力学模拟Cu10Ag90合金在0、20和40 GPa压强下的快速凝固过程,分别形成了五重孪晶、层片状孪晶和复杂晶体,通过最大标准团簇方法(LaSCA)分析了短程有序结构的演变和晶体团簇之间的连接形式.结果发现,结晶转变温度Tc随着压强的增大而升高,平均原子势能也随之增加.非晶共有近邻子团簇(CNS)会在温度降至Tc时转变为晶体CNS,同时晶体团簇数量急剧增加,结构有序度提升.此外,通过分析晶体团簇之间的连接方式发现,五重孪晶中心团簇截边十面体(tDh)只能与具有相同S422的HCP相连形成五重孪晶轴;FCC与HCP有相同的S421,但只能以彼此的顶层或者底层原子作为彼此的中心原子连接形成层片状结构;BCC与FCC、HCP虽然没有共同的CNS,但是可以通过D-S6结构及其变形体连接,其连接方式的多样性是形成复杂晶体的主要原因.这些结果为研究晶体结构不同排列方式提供了新的理解.

关键词：分子动力学模拟 Cu-Ag合金晶体团簇连接晶体排列

过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)掺杂Janus Ga_(2)SSe的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2024年第2期41卷 166-174页

作者：张基麟梁前钱国林谢泉贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所贵阳550025

利用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,研究过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)原子掺杂Janus Ga_(2)SSe的磁性、电子性质及光学性质.研究表明:过渡金属掺杂Janus Ga_(2)SSe体系在Chalcogen-rich条件下有着比Ga-rich条件下更好的... 详细信息

利用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,研究过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)原子掺杂Janus Ga_(2)SSe的磁性、电子性质及光学性质.研究表明:过渡金属掺杂Janus Ga_(2)SSe体系在Chalcogen-rich条件下有着比Ga-rich条件下更好的稳定性.其中Mn掺杂体系形成能在两种条件下皆为最低.本征Ga_(2)SSe是具有2.02 eV带隙的间接带隙半导体,在紫外区域有着很好的光伏吸收能力.与本征Ga_(2)SSe相比,Cr掺杂体系自旋向上通道出现杂质能级,自旋向上与向下通道不对称,呈磁矩为2.797μB铁磁性半金属.Mn掺杂体系在其自旋向上通道产生的杂质能级,呈磁矩为3.645μB的磁性P型半导体.Fe掺杂体系自旋向下通道产生的杂质能级,呈磁矩为3.748μB磁性P型半导体.在Tc与Re掺杂后,带隙皆由间接变直接带隙,呈无磁性的P型半导体.从光学性质来看,各掺杂体系与未掺杂Ga_(2)SSe在介电常数和折射系数上相比有着明显的增强,吸收系数在高能量区(3~10 eV)出现蓝移现象.有着在紫外探测器和光伏吸收领域潜在的应用前景.

关键词：二维Janus Ga_(2)SSe 过渡金属掺杂磁学性质电子结构光学性质

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二维MoSi_(2)N_(4)/WSe_(2)异质结的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2024年第2期41卷 87-92页

作者：梁前谢泉贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所贵阳550025

实验上新合成的MoSi_(2)N_(4)(MSN)由于其独特的七原子层结构和电子特性引起了人们的广泛关注.本文搭建了一种由二维MSN与二维WSe_(2)(WS)垂直堆垛而成的二维MSN/WS异质结并基于第一性原理计算对其电子性质进行了计算,其表现出直接间隙... 详细信息

实验上新合成的MoSi_(2)N_(4)(MSN)由于其独特的七原子层结构和电子特性引起了人们的广泛关注.本文搭建了一种由二维MSN与二维WSe_(2)(WS)垂直堆垛而成的二维MSN/WS异质结并基于第一性原理计算对其电子性质进行了计算,其表现出直接间隙半导体和I型能带排列的特性,具有1.46 eV的带隙.在异质结界面处存在一个由电荷耗尽层MSN指向电荷积累层WS微弱的内建电场.最后,通过施加双轴应变对二维MSN/WS异质结进行调控.发现在正双轴应变的作用下,MSN/WS异质结保持了原来直接带隙半导体和I型能带排列特性;在负双轴应变作用下,MSN/WS异质结由原来的直接带隙半导体转变为间接带隙半导体,当施加的负双轴应变达到-6%与-8%时,I型能带排列转变为Ⅱ型能带排列.

关键词： MoSi_(2)N_(4) WSe_(2) 双轴应变能带排列

碱土金属X(X=Be,Mg,Ca和Sr)掺杂二维SnS_(2)材料的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2024年第4期41卷 134-142页

作者：柏慧梁前钱国林谢泉贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所贵阳550025

基于密度泛函理论的第一性原理研究赝势平面波方法,计算了碱土金属X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂二维单层SnS_(2)的电子结构、磁学性质和光学性质.结果表明:S-rich条件下的体系相较于Sn-rich更稳定,能带结构表明:在Be掺杂后,SnS_(2)体系从自... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理研究赝势平面波方法,计算了碱土金属X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂二维单层SnS_(2)的电子结构、磁学性质和光学性质.结果表明:S-rich条件下的体系相较于Sn-rich更稳定,能带结构表明:在Be掺杂后,SnS_(2)体系从自旋向上通道和自旋向下通道完全对称的非磁性半导体转变为具有1.999μB磁矩的磁性半导体.在Mg掺杂后,体系转变为非磁性P型半导体;Ca和Sr两种掺杂体系由于极化程度的不同,导致在下自旋通道的能带穿过费米能级,而在上自旋通道的能带并未穿过费米能级,呈现出磁矩分别为1.973、2.000μB的半金属特性.同时发现X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂后,掺杂体系实部静态介电常数大幅度增加,掺杂后的SnS_(2)体系的极化能力增强,虚部数值在低能区明显变大,更适用于长波长光电器. Be, Mg, Ca和Sr掺杂不仅导致吸收边红移,而且提高了红外光区域的有效利用率.

关键词：二维SnS_(2) 电子结构磁性光学性质

过渡金属元素X(X=Mo, Tc, Ru)掺杂单层GaS的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2024年第1期41卷 137-144页

作者：周腾钱国林梁前陈蓉黄思丽谢泉贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所贵阳550025

近年来,二维GaS由于其优异的性质引起了科研人员的关注.基于密度泛函理论计算了过渡金属元素X(X=Mo, Tc, Ru)掺杂单层二维GaS的电子结构、磁性性质及光学性质.计算结果表明:单层GaS材料为间接带隙的非磁性半导体,在对S位点进行替位式掺... 详细信息

近年来,二维GaS由于其优异的性质引起了科研人员的关注.基于密度泛函理论计算了过渡金属元素X(X=Mo, Tc, Ru)掺杂单层二维GaS的电子结构、磁性性质及光学性质.计算结果表明:单层GaS材料为间接带隙的非磁性半导体,在对S位点进行替位式掺杂后,Ga-rich和S-rich条件的形成能均为正数,导致过渡金属元素Mo、Tc和Ru不能自发地进入进入单层GaS材料中.所有掺杂体系都引入了杂质能级,杂质能级主要由掺杂原子的4d轨道贡献.掺杂后所有体系的带隙都有所减小,上自旋和下自旋的能带结构不再对称,使得Mo掺杂体系呈现半金属铁磁性,Tc和Ru掺杂体系呈磁性半导体特性,Mo、Tc和Ru掺杂后的总磁矩分别为4μB, 3μB和2μB,磁矩主要由掺杂原子的局域磁矩产生.掺杂后单层GaS的静介电常数得到提高,吸收谱出现红移,在可见光区和近红外区的吸收系数变大,对可见光的利用率增强.

关键词：第一性原理 GaS 掺杂光学性质

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La、Yb掺杂AlN的光电特性和磁性的第一性原理研究

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无机化学学报 2024年第8期40卷 1519-1527页

作者：熊鑫陈茜谢泉贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所贵阳550025

为了探索AlN在光电器件的潜在应用,基于密度泛函理论,采用第一性原理计算了本征AlN和稀土元素La、Yb掺杂AlN体系的光电特性和磁性。计算结果表明:本征AlN的带隙为6.060 eV。掺入La和Yb后都在导带底产生了杂质能级,使得电子从价带到导带... 详细信息

为了探索AlN在光电器件的潜在应用,基于密度泛函理论,采用第一性原理计算了本征AlN和稀土元素La、Yb掺杂AlN体系的光电特性和磁性。计算结果表明:本征AlN的带隙为6.060 eV。掺入La和Yb后都在导带底产生了杂质能级,使得电子从价带到导带所需的激发能量更低,有利于光学跃迁,从而改善AlN的光学性能。Yb掺杂后自旋向上和自旋向下的价带发生了劈裂,说明Yb掺杂后产生了磁性。La、Yb替位掺杂AlN后,光吸收带边向左往低能方向移动,发生了红移现象。掺杂La和Yb后AlN体系的静态介电常数由4.63分别增大为5.14、280.44,说明掺杂之后增强了体系耐高压特性;静态折射率则由2.12分别增大为2.26、17.06,改善了AlN的光学性质。

关键词： AlN 第一性原理稀土掺杂光电特性磁性