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不同价态稀土元素Yb掺杂ZnO的电子结构和光学性质

刘玮洁 孙正昊 黄宇欣 冷静 崔海宁

不同价态稀土元素Yb掺杂ZnO的电子结构和光学性质

刘玮洁, 孙正昊, 黄宇欣, 冷静, 崔海宁
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  • 基于密度泛函理论, 采用第一性原理平面波超软赝势法, 对六方纤锌矿结构的ZnO晶体和Yb2+, Yb3+分别掺杂ZnO晶体进行几何优化, 并在此基础上计算得到了未掺杂ZnO晶体及不同价态Yb元素掺杂ZnO体系的空间结构、 能带、电子态密度及光学性质.结果表明: 掺杂后体系形成能减少, 稳定性增加, 并引入了Yb-4f杂质能级. 掺杂不同价态的Yb元素对能带结构产生了不同的影响, 并且都使体系的光学性质发生了明显变化.与纯ZnO相比, Yb2+, Yb3+ 分别掺杂ZnO体系的介电函数虚部在0.46 eV处均出现新峰, 静态介电函数明显增大, 吸收带边均红移, 并在0.91 eV处出现较强吸收峰, 对产生这一现象的原因给出了定性的讨论.
    • 基金项目: 国家自然科学基金委员会与中国民航局联合资助项目(批准号: 61179055)、高等学校博士学科点专项科研基金 (批准号: 20100061110006)、吉林省教育厅"十一五"科学技术研究项目(批准号: 吉教科合字[2009]第130号)和吉林省科技发展计划(批准号: 201101092)资助的课题.
    [1]

    Ozgur U, Alivov Y I, Liu C, Teke A, Reshchikov M A, Dogan S, Avrutin V, Cho S J, Morkoc H 2005 J. Appl. Phys. 98 041301

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    Law M, Greene L E, Johnson J C, Saykally R, Yang P D 2005 Nat. Mater. 4455

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    Wang Z L 2004 J. Phys.: Condens. Matter 16 R829

    [4]

    Makino T, Chia C H, Tuan N T, Sun H D, Segawa Y, Kawasaki M, Ohtomo A, Tamura K, Koinuma H 2000 Appl. Phys. Lett. 77 975

    [5]

    Wang Y S, Thomas P J, O'Brien P 2006 J. Phys. Chem. B 110 21412

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    Mezdrogina M M, Eremenko M V, Golubenko S M, Razumov S N 2012 Phys. Solid State 54 1235

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    Soumahoro I, Schmerber G, Douayar A, Colis S, Abd-Lefdil M, Hassanain N, Berrada A, Muller D, Slaoui A, Rinnert H, Dinia A 2011 J. Appl. Phys. 109 033708

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    Meng X Q, Liu C R, Wu F M, Li J B 2011 J. Colloid Interface Sci. 358 334

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出版历程
  • 收稿日期:  2012-11-05
  • 修回日期:  2013-03-05
  • 刊出日期:  2013-06-05

不同价态稀土元素Yb掺杂ZnO的电子结构和光学性质

  • 1. 长春工业大学基础科学学院, 长春 130012;
  • 2. 吉林大学, 长春 130012
    基金项目: 

    国家自然科学基金委员会与中国民航局联合资助项目(批准号: 61179055)、高等学校博士学科点专项科研基金 (批准号: 20100061110006)、吉林省教育厅"十一五"科学技术研究项目(批准号: 吉教科合字[2009]第130号)和吉林省科技发展计划(批准号: 201101092)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论, 采用第一性原理平面波超软赝势法, 对六方纤锌矿结构的ZnO晶体和Yb2+, Yb3+分别掺杂ZnO晶体进行几何优化, 并在此基础上计算得到了未掺杂ZnO晶体及不同价态Yb元素掺杂ZnO体系的空间结构、 能带、电子态密度及光学性质.结果表明: 掺杂后体系形成能减少, 稳定性增加, 并引入了Yb-4f杂质能级. 掺杂不同价态的Yb元素对能带结构产生了不同的影响, 并且都使体系的光学性质发生了明显变化.与纯ZnO相比, Yb2+, Yb3+ 分别掺杂ZnO体系的介电函数虚部在0.46 eV处均出现新峰, 静态介电函数明显增大, 吸收带边均红移, 并在0.91 eV处出现较强吸收峰, 对产生这一现象的原因给出了定性的讨论.

English Abstract

参考文献 (26)

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