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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

    [2]

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

    [3]

    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

    [6]

    Chen Y W, Liu Y C, Lu S X, Xu C S, Shao C L, Wang C, Zhang J Y, Lu Y M, Shen D Z, Fan X W 2005 J. Chem. Phys. 123 134701

    [7]

    Lu X C, Ji Y J, Zhao J Q, Liu L Q, Sun Z P, Dong H L 2010 Acta Phys. Sin. 59 4925 (in Chinese) [刘小村, 季燕菊, 赵俊卿, 刘立强, 孙兆鹏, 董和磊 2010 物理学报 59 4925]

    [8]

    Singh A V, Mehra R M, Buthrath N, Wakahara A, Yoshida A 2001 J. Appl. Phys. 90 5661

    [9]

    Lu J G, Ye Z Z, Zhuge F, Zeng Y J, Zhao B H, Zhu L P 2004 Appl. Phys. Lett. 85 3134

    [10]

    Han T, Meng F Y, Zhang S, Cheng X M, Oh J I 2011 J. Appl. Phys. 110 063724

    [11]

    Phan D T, Farag A A M, Yakuphanoglu F, Chung G S 2012 J. Electroceram 29 12

    [12]

    Assadi M H N, Zheng R K, Li S, Ringer S R 2012 J. Appl. Phys. 111 113901

    [13]

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

    [14]

    Singh T, Mountziaris T J, Maroudas D 2010 Appl. Phys. Lett. 97 073120

    [15]

    Xu A W, Gao Y, Liu H Q 2002 J. Catal. 207 151

    [16]

    Yunusova A N, Marisov M A, Semashko V V, Nurtdinova L A, Korableva S L 2012 Opt. Commun. 285 3832

    [17]

    Shi H X, Zhang T Y, An T C, Li B, Wang X 2012 J. Colloid Interface Sci. 380 121

    [18]

    Liu Y S, Luo W Q, Li R F, Liu G K, Antonio M R, Chen X Y 2008 J. Phys. Chem. C 112 686

    [19]

    Zeng X Y, Yuan J L, Zhang L 2008 J. Phys. Chem. C 112 3503

    [20]

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

    [21]

    Yoon H, Wu J H, Min J H, Lee J S, Ju J S, Kim Y K 2012 J. Appl. Phys. 111 07B523

    [22]

    Luo L, Huang F Y, Guo G J, Tanner P A, Chen J, Tao Y T, Zhou Jun, Yuan L Y, Chen S Y, Chueh Y L, Fan H H, Li K F, Cheah K W 2012 J. Nanosci. Nanotechnol. 12 2417

    [23]

    Liu Y S, Luo W Q, Li R F, Zhu H M, Chen X Y 2009 Opt. Express 17 9748

    [24]

    Wu Y X, Hu Z X, Gu S L, Qu L C, Li T, Zhang H 2011 Acta Phys. Sin. 60 017101 (in Chinese) [吴玉喜, 胡智向, 顾书林, 渠立成, 李腾, 张昊 2011 物理学报 60 017101]

    [25]

    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

    [26]

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

  • [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

    [2]

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

    [3]

    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

    [6]

    Chen Y W, Liu Y C, Lu S X, Xu C S, Shao C L, Wang C, Zhang J Y, Lu Y M, Shen D Z, Fan X W 2005 J. Chem. Phys. 123 134701

    [7]

    Lu X C, Ji Y J, Zhao J Q, Liu L Q, Sun Z P, Dong H L 2010 Acta Phys. Sin. 59 4925 (in Chinese) [刘小村, 季燕菊, 赵俊卿, 刘立强, 孙兆鹏, 董和磊 2010 物理学报 59 4925]

    [8]

    Singh A V, Mehra R M, Buthrath N, Wakahara A, Yoshida A 2001 J. Appl. Phys. 90 5661

    [9]

    Lu J G, Ye Z Z, Zhuge F, Zeng Y J, Zhao B H, Zhu L P 2004 Appl. Phys. Lett. 85 3134

    [10]

    Han T, Meng F Y, Zhang S, Cheng X M, Oh J I 2011 J. Appl. Phys. 110 063724

    [11]

    Phan D T, Farag A A M, Yakuphanoglu F, Chung G S 2012 J. Electroceram 29 12

    [12]

    Assadi M H N, Zheng R K, Li S, Ringer S R 2012 J. Appl. Phys. 111 113901

    [13]

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

    [14]

    Singh T, Mountziaris T J, Maroudas D 2010 Appl. Phys. Lett. 97 073120

    [15]

    Xu A W, Gao Y, Liu H Q 2002 J. Catal. 207 151

    [16]

    Yunusova A N, Marisov M A, Semashko V V, Nurtdinova L A, Korableva S L 2012 Opt. Commun. 285 3832

    [17]

    Shi H X, Zhang T Y, An T C, Li B, Wang X 2012 J. Colloid Interface Sci. 380 121

    [18]

    Liu Y S, Luo W Q, Li R F, Liu G K, Antonio M R, Chen X Y 2008 J. Phys. Chem. C 112 686

    [19]

    Zeng X Y, Yuan J L, Zhang L 2008 J. Phys. Chem. C 112 3503

    [20]

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

    [21]

    Yoon H, Wu J H, Min J H, Lee J S, Ju J S, Kim Y K 2012 J. Appl. Phys. 111 07B523

    [22]

    Luo L, Huang F Y, Guo G J, Tanner P A, Chen J, Tao Y T, Zhou Jun, Yuan L Y, Chen S Y, Chueh Y L, Fan H H, Li K F, Cheah K W 2012 J. Nanosci. Nanotechnol. 12 2417

    [23]

    Liu Y S, Luo W Q, Li R F, Zhu H M, Chen X Y 2009 Opt. Express 17 9748

    [24]

    Wu Y X, Hu Z X, Gu S L, Qu L C, Li T, Zhang H 2011 Acta Phys. Sin. 60 017101 (in Chinese) [吴玉喜, 胡智向, 顾书林, 渠立成, 李腾, 张昊 2011 物理学报 60 017101]

    [25]

    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

    [26]

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

  • [1] 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. 物理学报, 2013, 62(4): 047101. doi: 10.7498/aps.62.047101
    [2] 关丽, 李强, 赵庆勋, 郭建新, 周阳, 金利涛, 耿波, 刘保亭. Al和Ni共掺ZnO光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5624-5631. doi: 10.7498/aps.58.5624
    [3] 侯清玉, 李勇, 赵春旺. Al掺杂和空位对ZnO磁性影响的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(6): 067202. doi: 10.7498/aps.66.067202
    [4] 段满益, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军, 徐 明. 过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5359-5365. doi: 10.7498/aps.56.5359
    [5] 毕艳军, 郭志友, 孙慧卿, 林 竹, 董玉成. Co和Mn共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7800-7805. doi: 10.7498/aps.57.7800
    [6] 罗华峰, 王藩侯, 袁娣, 黄多辉. Li, N双受主共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6457-6465. doi: 10.7498/aps.59.6457
    [7] 徐大庆, 赵子涵, 李培咸, 王超, 张岩, 刘树林, 童军. 不同价态Mn掺杂InN电子结构、磁学和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2018, 67(8): 087501. doi: 10.7498/aps.67.20172504
    [8] 张富春, 张威虎, 董军堂, 张志勇. Cr掺杂ZnO纳米线的电子结构和磁性. 物理学报, 2011, 60(12): 127503. doi: 10.7498/aps.60.127503
    [9] 黄炳铨, 周铁戈, 吴道雄, 张召富, 李百奎. 空位及氮掺杂二维ZnO单层材料性质:第一性原理计算与分子轨道分析. 物理学报, 2019, 68(24): 246301. doi: 10.7498/aps.68.20191258
    [10] 张丽丽, 夏桐, 刘桂安, 雷博程, 赵旭才, 王少霞, 黄以能. 第一性原理方法研究N-Pr共掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2019, 68(1): 017401. doi: 10.7498/aps.68.20181531
    [11] 于 宙, 李 祥, 龙 雪, 程兴旺, 刘 颖, 曹茂盛, 王富耻, 王晶云. Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料的制备和磁性研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4539-4544. doi: 10.7498/aps.57.4539
    [12] 郭家俊, 董静雨, 康鑫, 陈伟, 赵旭. 过渡金属元素X(X=Mn,Fe,Co,Ni)掺杂对ZnO基阻变存储器性能的影响. 物理学报, 2018, 67(6): 063101. doi: 10.7498/aps.67.20172459
    [13] 周 勋, 令狐荣锋, 沈益斌, 丁迎春, 段满益, 祝文军, 徐 明. 过渡金属掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2007, 56(6): 3440-3445. doi: 10.7498/aps.56.3440
    [14] 胡志刚, 段满益, 陈青云, 董成军, 令狐荣锋, 周勋, 徐明. Fe和Ni共掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2009, 58(2): 1166-1172. doi: 10.7498/aps.58.1166
    [15] 段满益, 徐 明, 周海平, 陈青云, 胡志刚, 董成军. 碳掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2008, 57(10): 6520-6525. doi: 10.7498/aps.57.6520
    [16] 顾书林, 李腾, 吴玉喜, 胡智向, 渠立成, 张昊. 稀土元素(Y,La)掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 物理学报, 2011, 60(1): 017101. doi: 10.7498/aps.60.017101
    [17] 施尔畏, 宋力昕, 陈之战, 刘学超, 张华伟. 固相反应法制备Co掺杂ZnO的磁性和光学性能研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2557-2561. doi: 10.7498/aps.55.2557
    [18] 羊新胜, 赵 勇. 铁磁性锰氧化物掺杂的ZnO压敏电阻性能研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3188-3192. doi: 10.7498/aps.57.3188
    [19] 路忠林, 谢凯旋, 莫仲荣, 邹文琴, 王申, 岳凤娟, 吴镝, 张凤鸣, 都有为, 严国清. 共沉淀法制备Co掺杂ZnO的室温铁磁性的研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1237-1241. doi: 10.7498/aps.58.1237
    [20] 鲍善永, 董武军, 徐兴, 栾田宝, 李杰, 张庆瑜. 氧分压对Mg掺杂ZnO薄膜结晶质量和光学特性的影响. 物理学报, 2011, 60(3): 036804. doi: 10.7498/aps.60.036804
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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:  2013-06-20

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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