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Y掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究

曲灵丰 侯清玉 赵春旺

Y掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究

曲灵丰, 侯清玉, 赵春旺
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  • 对于Y掺杂ZnO, 当摩尔数在0.03130.0625之内, Y掺杂量越增加, 吸收光谱发生红移和蓝移两种不同实验结果均有文献报道. 本文使用Materials Studio软件下的CASTEP模块中密度泛函理论的第一性原理平面波模守恒(Norm conserving)赝势GGA+U的方法, 构建了未掺杂纤锌矿ZnO单胞以及Y掺杂ZnO的Zn0.9687Y0.0313O超胞、Zn0.9583Y0.0417O超胞和Zn0.9375Y0.0625O超胞模型. 对掺杂前后体系的能带结构、态密度、差分电荷密度、布居值以及吸收光谱进行了计算. 计算结果表明: 当Y掺杂摩尔数在0.03130.0625之内, Y 掺杂量越增加, 掺杂体系的晶格常数、体积、 总能量越增大, 掺杂体系越不稳定、 形成能越增大、掺杂越难; 掺杂体系中平行于和垂直于c轴的YO键布居值越减小、 离子键越增强、 共价键越减弱、键长越变长; 掺杂体系的最小光学带隙越变宽、 吸收光谱发生蓝移现象越明显. 吸收光谱的计算结果与实验结果相符合, 合理解释了吸收光谱红移、蓝移的争论. 这对制备Y 掺杂ZnO 短波长光学器件能起到一定的理论指导作用.
      通信作者: 侯清玉, by0501119@126.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61366008, 11272142)、教育部春晖计划和内蒙古自治区高等学校科学研究项目(批准号: NJZZ13099)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-08-06
  • 修回日期:  2015-11-02
  • 刊出日期:  2016-02-05

Y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物理系, 呼和浩特 010051;
  • 2. 上海海事大学文理学院, 上海 201306
  • 通信作者: 侯清玉, by0501119@126.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61366008, 11272142)、教育部春晖计划和内蒙古自治区高等学校科学研究项目(批准号: NJZZ13099)资助的课题.

摘要: 对于Y掺杂ZnO, 当摩尔数在0.03130.0625之内, Y掺杂量越增加, 吸收光谱发生红移和蓝移两种不同实验结果均有文献报道. 本文使用Materials Studio软件下的CASTEP模块中密度泛函理论的第一性原理平面波模守恒(Norm conserving)赝势GGA+U的方法, 构建了未掺杂纤锌矿ZnO单胞以及Y掺杂ZnO的Zn0.9687Y0.0313O超胞、Zn0.9583Y0.0417O超胞和Zn0.9375Y0.0625O超胞模型. 对掺杂前后体系的能带结构、态密度、差分电荷密度、布居值以及吸收光谱进行了计算. 计算结果表明: 当Y掺杂摩尔数在0.03130.0625之内, Y 掺杂量越增加, 掺杂体系的晶格常数、体积、 总能量越增大, 掺杂体系越不稳定、 形成能越增大、掺杂越难; 掺杂体系中平行于和垂直于c轴的YO键布居值越减小、 离子键越增强、 共价键越减弱、键长越变长; 掺杂体系的最小光学带隙越变宽、 吸收光谱发生蓝移现象越明显. 吸收光谱的计算结果与实验结果相符合, 合理解释了吸收光谱红移、蓝移的争论. 这对制备Y 掺杂ZnO 短波长光学器件能起到一定的理论指导作用.

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