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第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质

李泓霖 张仲 吕英波 黄金昭 张英 刘如喜

第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质

李泓霖, 张仲, 吕英波, 黄金昭, 张英, 刘如喜
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,运用Castep计算分析了Er, Gd两种稀土元素掺杂的ZnO结构, 对本征ZnO和掺杂晶体的能带结构、态密度以及光学性质进行了分析对比. 由掺杂前后的结果分析发现,稀土掺杂的ZnO结构引入了由稀土原子贡献的导电载流子, 增强了体系的电导率, 费米能级上移进入导带. 研究表明由于稀土元素的掺入, ZnO结构在费米能级附近出现了杂质能带, 这是由稀土的4f态电子所形成. 同时, 纯净ZnO与Er-ZnO, Gd-ZnO和(Er, Gd)-ZnO的介电函数虚部有明显的差异. 在光学性质上, 掺杂ZnO在可见光区的吸收系数和反射率都比纯净ZnO高, 能量损失峰出现红移现象.
    • 基金项目: 山东省科技发展计划(批准号:2009GG2003028)和国家自然科学基金青年科学基金(批准号:11104114)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-09
  • 修回日期:  2012-09-26
  • 刊出日期:  2013-02-20

第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质

  • 1. 济南大学物理科学与技术学院, 济南 250022;
  • 2. 山东大学威海分校空间科学与物理学院, 威海 264209
    基金项目: 

    山东省科技发展计划(批准号:2009GG2003028)和国家自然科学基金青年科学基金(批准号:11104114)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,运用Castep计算分析了Er, Gd两种稀土元素掺杂的ZnO结构, 对本征ZnO和掺杂晶体的能带结构、态密度以及光学性质进行了分析对比. 由掺杂前后的结果分析发现,稀土掺杂的ZnO结构引入了由稀土原子贡献的导电载流子, 增强了体系的电导率, 费米能级上移进入导带. 研究表明由于稀土元素的掺入, ZnO结构在费米能级附近出现了杂质能带, 这是由稀土的4f态电子所形成. 同时, 纯净ZnO与Er-ZnO, Gd-ZnO和(Er, Gd)-ZnO的介电函数虚部有明显的差异. 在光学性质上, 掺杂ZnO在可见光区的吸收系数和反射率都比纯净ZnO高, 能量损失峰出现红移现象.

English Abstract

参考文献 (33)

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