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V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究

郭少强 侯清玉 赵春旺 毛斐

V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究

郭少强, 侯清玉, 赵春旺, 毛斐
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  • 对于V高掺杂ZnO,当摩尔分数为0.0417–0.0625时,随着掺杂量的增加,吸收光谱出现蓝移减弱和蓝移增强两种不同实验结果均有文献报道. 采用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,构建未掺杂ZnO单胞模型、V高掺杂Zn1-xVxO(x=0.0417,0.0625)两种超胞模型,采用GGA+U 方法计算掺杂前后体系的形成能、态密度、分波态密度、磁性和吸收光谱. 结果表明,当V 的掺杂量(原子含量)为2.083%–3.125%时,随着V掺杂量增加,掺杂体系磁矩增大,磁性增强,并且掺杂体系体积增加,总能量下降,形成能减小,掺杂体系更稳定,同时,掺杂ZnO体系的最小光学带隙增宽,吸收带边向低能级方向移动. 上述计算结果与实验结果一致.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61366008,51261017)、教育部“春晖”计划和内蒙古自治区高等学校科学研究计划(批准号:NJZZ13099)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-17
  • 修回日期:  2014-01-07
  • 刊出日期:  2014-05-05

V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究

  • 1. 内蒙古工业大学理学院, 呼和浩特 010051
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61366008,51261017)、教育部“春晖”计划和内蒙古自治区高等学校科学研究计划(批准号:NJZZ13099)资助的课题.

摘要: 对于V高掺杂ZnO,当摩尔分数为0.0417–0.0625时,随着掺杂量的增加,吸收光谱出现蓝移减弱和蓝移增强两种不同实验结果均有文献报道. 采用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,构建未掺杂ZnO单胞模型、V高掺杂Zn1-xVxO(x=0.0417,0.0625)两种超胞模型,采用GGA+U 方法计算掺杂前后体系的形成能、态密度、分波态密度、磁性和吸收光谱. 结果表明,当V 的掺杂量(原子含量)为2.083%–3.125%时,随着V掺杂量增加,掺杂体系磁矩增大,磁性增强,并且掺杂体系体积增加,总能量下降,形成能减小,掺杂体系更稳定,同时,掺杂ZnO体系的最小光学带隙增宽,吸收带边向低能级方向移动. 上述计算结果与实验结果一致.

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