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钾钡共掺菲分子结构和电子特性的第一性原理研究

轩书科

钾钡共掺菲分子结构和电子特性的第一性原理研究

轩书科
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  • 采用基于密度泛函理论的平面波赝势法,对钾钡共掺杂情形下菲分子晶体的结构、能带、电子态密度、形成能、电荷转移等电子特性进行系统的研究.通过对比计入范德瓦尔斯力作用前后晶体结构的差异,说明计算中包含范德瓦尔斯力修正的重要性.从形成能的角度证明了共掺杂的可行性和稳定性.在钾钙、钾锶、钾钡等共掺杂元素组合中,K1Ba1-菲中平均每个金属原子的形成能为-0.25 eV,远大于K1Sr1-菲和K1Ca1-菲中的-0.13和-0.04 eV,钾钡共掺杂是最合理的方案.只有单双价金属共掺杂,才能使分子呈现负三价.此时,菲分子最低未占据轨道(LUMO)和LUMO+1轨道组成的能带正好位于费米能级处,K1Ba1-菲呈现金属性.费米能级处的态密度为17.3 eV-1,电子态主要来自于碳原子的2p轨道,钡原子的5d轨道也有少许贡献.从理论模拟的角度研究了K1Ba1-菲的晶体结构和电子特性,在已有实验和理论研究尚未涉及共掺杂的背景下,提出了不同价态金属共掺杂方案,为制备芳烃有机超导体样品和调制体系电子结构提供了新的研究思路.
      通信作者: 轩书科, shuke158@126.com
    [1]

    Mitsuhashi R, Suzuki Y, Yamanari Y, Mitamura H, Kambe T, Ikeda N, Okamoto H, Fujiwara A, Yamaji M, Kawasaki N, Maniwa Y, Kubozono Y 2010 Nature 464 76

    [2]

    Okazaki H, Jabuchi T, Wakita T, Kato T, Muraoka Y, Yokoya T 2013 Phys. Rev. B 88 245414

    [3]

    Kubozono Y, Mitamura H, Lee X, He X, Yamanari Y, Takahashi Y, Suzuki Y, Kaji Y, Eguchi R, Akaike K, Kambe T, Okamoto H, Fujiwara A, Kato T, Kosugi T, Aoki H 2011 Phys. Chem. Chem. Phys. 13 16476

    [4]

    Wang X F, Liu R H, Gui Z, Xie Y L, Yan Y J, Ying J J, Luo X G, Chen X H 2011 Nat. Commun. 2 507

    [5]

    Wang X F, Yan Y J, Gui Z, Liu R H, Ying J J, Luo X G, Chen X H 2011 Phys. Rev. B 84 214523

    [6]

    Wang X F, Luo X G, Ying J J, Xiang Z J, Zhang S L, Zhang R R, Zhang Y H, Yan Y J, Wang A F, Cheng P, Ye G J, Chen X H 2012 J. Phys. Condens. Matt. 24 345701

    [7]

    Xue M, Cao T, Wang D, Wu Y, Yang H, Dong X, He J, Li F, Chen G F 2012 Sci. Rep. 2 389

    [8]

    Huang Q W, Zhong G H, Zhang J, Zhao X M, Zhang C, Lin H Q, Chen X J 2014 J. Chem. Phys. 140 114301

    [9]

    Nakagawa T, Yuan Z, Zhang J, Yusenko K V, Drathen C, Liu Q, Margadonna S, Jin C 2016 J. Phys. Condens. Matt. 28 484001

    [10]

    Gao Y, Wang R S, Wu X L, Cheng J, Deng T G, Yan X W, Huang Z B 2016 Acta Phys. Sin. 65 077402 (in Chinese)[高云, 王仁树, 邬小林, 程佳, 邓天郭, 闫循旺, 黄忠兵 2016 物理学报 65 077402]

    [11]

    Wu X, Xu C, Wang K, Xiao X 2016 J. Phys. Chem. C 120 15446

    [12]

    Phan Q T N, Heguri S, Tamura H, Nakano T, Nozue Y, Tanigaki K 2016 Phys. Rev. B 93 075130

    [13]

    Kambe T, Nishiyama S, Nguyen H L T, Terao T, Izumi M, Sakai Y, Zheng L, Goto H, Itoh Y, Onji T, Kobayashi T C, Sugino H, Gohda S, Okamoto H, Kubozono Y 2016 J. Phys. Condens. Matt. 28 444001

    [14]

    Kosugi T, Miyake T, Ishibashi S, Arita R, Aoki H 2011 Phys. Rev. B 84 214506

    [15]

    de Andres P L, Guijarro A, Vergés J A 2011 Phys. Rev. B 83 245113

    [16]

    Giovannetti G, Capone M 2011 Phys. Rev. B 83 134508

    [17]

    Naghavi S S, Fabrizio M, Qin T, Tosatti E 2013 Phys. Rev. B 88 115106

    [18]

    Zhong G, Huang Z, Lin H 2014 IEEE Trans. Magn. 50 1700103

    [19]

    Yan X W, Huang Z, Lin H Q 2013 J. Chem. Phys. 139 204709

    [20]

    Yan X W, Huang Z, Lin H Q 2014 J. Chem. Phys. 141 224501

    [21]

    Yan X W, Zhang C, Zhong G, Ma D, Gao M 2016 J. Mater. Chem. C 4 11566

    [22]

    Dutta T, Mazumdar S 2014 Phys. Rev. B 89 245129

    [23]

    Yan X W, Wang Y, Gao M, Ma D, Huang Z 2016 J. Phys. Chem. C 120 22565

    [24]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [25]

    Klimeš J, Bowler D R, Michaelides A 2011 Phys. Rev. B 83 195131

    [26]

    Kay M I, Okaya Y, Cox D E 1971 Acta Cryst. B 27 26

    [27]

    Guo J, Sun L L 2015 Acta Phys. Sin. 64 217406 (in Chinese)[郭静, 孙力玲 2015 物理学报 64 217406]

  • [1]

    Mitsuhashi R, Suzuki Y, Yamanari Y, Mitamura H, Kambe T, Ikeda N, Okamoto H, Fujiwara A, Yamaji M, Kawasaki N, Maniwa Y, Kubozono Y 2010 Nature 464 76

    [2]

    Okazaki H, Jabuchi T, Wakita T, Kato T, Muraoka Y, Yokoya T 2013 Phys. Rev. B 88 245414

    [3]

    Kubozono Y, Mitamura H, Lee X, He X, Yamanari Y, Takahashi Y, Suzuki Y, Kaji Y, Eguchi R, Akaike K, Kambe T, Okamoto H, Fujiwara A, Kato T, Kosugi T, Aoki H 2011 Phys. Chem. Chem. Phys. 13 16476

    [4]

    Wang X F, Liu R H, Gui Z, Xie Y L, Yan Y J, Ying J J, Luo X G, Chen X H 2011 Nat. Commun. 2 507

    [5]

    Wang X F, Yan Y J, Gui Z, Liu R H, Ying J J, Luo X G, Chen X H 2011 Phys. Rev. B 84 214523

    [6]

    Wang X F, Luo X G, Ying J J, Xiang Z J, Zhang S L, Zhang R R, Zhang Y H, Yan Y J, Wang A F, Cheng P, Ye G J, Chen X H 2012 J. Phys. Condens. Matt. 24 345701

    [7]

    Xue M, Cao T, Wang D, Wu Y, Yang H, Dong X, He J, Li F, Chen G F 2012 Sci. Rep. 2 389

    [8]

    Huang Q W, Zhong G H, Zhang J, Zhao X M, Zhang C, Lin H Q, Chen X J 2014 J. Chem. Phys. 140 114301

    [9]

    Nakagawa T, Yuan Z, Zhang J, Yusenko K V, Drathen C, Liu Q, Margadonna S, Jin C 2016 J. Phys. Condens. Matt. 28 484001

    [10]

    Gao Y, Wang R S, Wu X L, Cheng J, Deng T G, Yan X W, Huang Z B 2016 Acta Phys. Sin. 65 077402 (in Chinese)[高云, 王仁树, 邬小林, 程佳, 邓天郭, 闫循旺, 黄忠兵 2016 物理学报 65 077402]

    [11]

    Wu X, Xu C, Wang K, Xiao X 2016 J. Phys. Chem. C 120 15446

    [12]

    Phan Q T N, Heguri S, Tamura H, Nakano T, Nozue Y, Tanigaki K 2016 Phys. Rev. B 93 075130

    [13]

    Kambe T, Nishiyama S, Nguyen H L T, Terao T, Izumi M, Sakai Y, Zheng L, Goto H, Itoh Y, Onji T, Kobayashi T C, Sugino H, Gohda S, Okamoto H, Kubozono Y 2016 J. Phys. Condens. Matt. 28 444001

    [14]

    Kosugi T, Miyake T, Ishibashi S, Arita R, Aoki H 2011 Phys. Rev. B 84 214506

    [15]

    de Andres P L, Guijarro A, Vergés J A 2011 Phys. Rev. B 83 245113

    [16]

    Giovannetti G, Capone M 2011 Phys. Rev. B 83 134508

    [17]

    Naghavi S S, Fabrizio M, Qin T, Tosatti E 2013 Phys. Rev. B 88 115106

    [18]

    Zhong G, Huang Z, Lin H 2014 IEEE Trans. Magn. 50 1700103

    [19]

    Yan X W, Huang Z, Lin H Q 2013 J. Chem. Phys. 139 204709

    [20]

    Yan X W, Huang Z, Lin H Q 2014 J. Chem. Phys. 141 224501

    [21]

    Yan X W, Zhang C, Zhong G, Ma D, Gao M 2016 J. Mater. Chem. C 4 11566

    [22]

    Dutta T, Mazumdar S 2014 Phys. Rev. B 89 245129

    [23]

    Yan X W, Wang Y, Gao M, Ma D, Huang Z 2016 J. Phys. Chem. C 120 22565

    [24]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [25]

    Klimeš J, Bowler D R, Michaelides A 2011 Phys. Rev. B 83 195131

    [26]

    Kay M I, Okaya Y, Cox D E 1971 Acta Cryst. B 27 26

    [27]

    Guo J, Sun L L 2015 Acta Phys. Sin. 64 217406 (in Chinese)[郭静, 孙力玲 2015 物理学报 64 217406]

  • [1] 潘志军, 张澜庭, 吴建生. 掺杂半导体β-FeSi2电子结构及几何结构第一性原理研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5308-5313. doi: 10.7498/aps.54.5308
    [2] 马振宁, 周全, 汪青杰, 王逊, 王磊. Mg-Y-Cu合金长周期有序相热力学稳定性及其电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(23): 236101. doi: 10.7498/aps.65.236101
    [3] 王爱玲, 毋志民, 王聪, 胡爱元, 赵若禺. 新型稀磁半导体Mn掺杂LiZnAs的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(13): 137101. doi: 10.7498/aps.62.137101
    [4] 潘志军, 张澜庭, 吴建生. CoSi电子结构第一性原理研究. 物理学报, 2005, 54(1): 328-332. doi: 10.7498/aps.54.328
    [5] 倪建刚, 刘 诺, 杨果来, 张 曦. 第一性原理研究BaTiO3(001)表面的电子结构. 物理学报, 2008, 57(7): 4434-4440. doi: 10.7498/aps.57.4434
    [6] 宋久旭, 杨银堂, 刘红霞, 张志勇. 掺氮碳化硅纳米管电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4883-4887. doi: 10.7498/aps.58.4883
    [7] 刘建军. (Zn,Al)O电子结构第一性原理计算及电导率的分析. 物理学报, 2011, 60(3): 037102. doi: 10.7498/aps.60.037102
    [8] 丁俊, 文黎巍, 王玉梅, 裴慧霞. Sb系half-Heusler合金磁性及电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047110. doi: 10.7498/aps.60.047110
    [9] 宋庆功, 刘立伟, 赵辉, 严慧羽, 杜全国. YFeO3的电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(10): 107102. doi: 10.7498/aps.61.107102
    [10] 吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英. Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037103. doi: 10.7498/aps.62.037103
    [11] 周平, 王新强, 周木, 夏川茴, 史玲娜, 胡成华. 第一性原理研究硫化镉高压相变及其电子结构与弹性性质. 物理学报, 2013, 62(8): 087104. doi: 10.7498/aps.62.087104
    [12] 程和平, 但加坤, 黄智蒙, 彭辉, 陈光华. 黑索金电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 163102. doi: 10.7498/aps.62.163102
    [13] 黄有林, 侯育花, 赵宇军, 刘仲武, 曾德长, 马胜灿. 应变对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167502. doi: 10.7498/aps.62.167502
    [14] 骆最芬, 岑伟富, 范梦慧, 汤家俊, 赵宇军. BiTiO3电子结构及光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(14): 147102. doi: 10.7498/aps.64.147102
    [15] 徐晶, 梁家青, 李红萍, 李长生, 刘孝娟, 孟健. Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(20): 207101. doi: 10.7498/aps.64.207101
    [16] 吴若熙, 刘代俊, 于洋, 杨涛. CaS电子结构和热力学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2016, 65(2): 027101. doi: 10.7498/aps.65.027101
    [17] 丁超, 李卫, 刘菊燕, 王琳琳, 蔡云, 潘沛锋. Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析. 物理学报, 2018, 67(21): 213102. doi: 10.7498/aps.67.20181228
    [18] 于大龙, 陈玉红, 张材荣, 曹一杰. Li2NH晶体结构建模和电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1991-1996. doi: 10.7498/aps.59.1991
    [19] 余本海, 刘墨林, 陈东. 第一性原理研究Mg2 Si同质异相体的结构、电子结构和弹性性质. 物理学报, 2011, 60(8): 087105. doi: 10.7498/aps.60.087105
    [20] 宋仁伯, 杜大伟, 刘娜娜, 孙翰英. Mg2Sn电子结构及热力学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(11): 7145-7150. doi: 10.7498/aps.57.7145
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-10
  • 修回日期:  2017-04-25
  • 刊出日期:  2017-12-05

钾钡共掺菲分子结构和电子特性的第一性原理研究

  • 1. 山东工艺美术学院公共课教学部, 济南 250300
  • 通信作者: 轩书科, shuke158@126.com

摘要: 采用基于密度泛函理论的平面波赝势法,对钾钡共掺杂情形下菲分子晶体的结构、能带、电子态密度、形成能、电荷转移等电子特性进行系统的研究.通过对比计入范德瓦尔斯力作用前后晶体结构的差异,说明计算中包含范德瓦尔斯力修正的重要性.从形成能的角度证明了共掺杂的可行性和稳定性.在钾钙、钾锶、钾钡等共掺杂元素组合中,K1Ba1-菲中平均每个金属原子的形成能为-0.25 eV,远大于K1Sr1-菲和K1Ca1-菲中的-0.13和-0.04 eV,钾钡共掺杂是最合理的方案.只有单双价金属共掺杂,才能使分子呈现负三价.此时,菲分子最低未占据轨道(LUMO)和LUMO+1轨道组成的能带正好位于费米能级处,K1Ba1-菲呈现金属性.费米能级处的态密度为17.3 eV-1,电子态主要来自于碳原子的2p轨道,钡原子的5d轨道也有少许贡献.从理论模拟的角度研究了K1Ba1-菲的晶体结构和电子特性,在已有实验和理论研究尚未涉及共掺杂的背景下,提出了不同价态金属共掺杂方案,为制备芳烃有机超导体样品和调制体系电子结构提供了新的研究思路.

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