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Cu,Fe掺杂LiNbO3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

赵佰强 张耘 邱晓燕 王学维

Cu,Fe掺杂LiNbO3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维
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  • 利用基于密度泛函理论的第一性原理对Cu, Fe单掺及共掺LiNbO3晶体的电子结构和光学性质进行了计算. 结果显示: Cu, Fe单掺杂LiNbO3晶体禁带内均产生了杂质能级, 主要由Cu 3d, Fe 3d轨道及O 2p轨道贡献; 共掺LiNbO3晶体禁带内出现了双能级结构, 深能级由Cu 3d和O 2p轨道贡献, 浅能级由Fe 3d和O 2p轨道贡献. Cu, Fe单掺和共掺LiNbO3晶体带隙依次缩小, 在可见光区的光吸收明显增强. 共掺LiNbO3在445和630 nm左右分别表现出一个宽吸收峰, 比单掺LiNbO3晶体表现出更好的光吸收性质. 研究表明, Fe占Nb位比Fe占Li位的双掺样品在双光存储应用中更有优势; 同时, 浓度比[Fe2+]/[Fe3+]值的适当降低有助于这种优势的形成.
      通信作者: 张耘, yzhang@swu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11274257)资助的课题.
    [1]

    Li X C, Qu X D, Zhao X J, Meng X J, Zhang L L 2013 Chin. Phys. B 22 024203

    [2]

    Shen Y, Zhang G Q, Yu W B, Guo Z Z, Zhao Y Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 184205 (in Chinese) [申岩, 张国庆, 于文斌, 郭志忠, 赵业权 2012 物理学报 61 184205]

    [3]

    Micheron F, Bismuth G 1972 Appl. Phys. Lett. 20 79

    [4]

    Amodei J J, Staebler D L 1971 Appl. Phys. Lett. 18 540

    [5]

    Buse K, Adibi A, Psaltis D 1998 Nature 393 665

    [6]

    Liu D A, Liu L R, Zhou C H, Ren L Y, Li G G 2002 Appl. Opt. 41 6809

    [7]

    Xu C, Leng Xu S, Xu L, Wen A H, Xu Y H 2012 Opt. Commun. 285 3868

    [8]

    Liu Y W, Liu L R, Xu L Y, Zhou C H 2000 Opt. Commun. 181 47

    [9]

    Cheng H J, Shi L H, Yan W B, Chen G F, Shen J, Shen X N, Li Y X 2010 Chin. Phys. B 19 084203

    [10]

    Veithen M, Gonze X, Ghosez P 2004 Phys. Rev. Lett. 93 187401

    [11]

    Ching W Y, Gu Z Q, Xu Y N 1994 Phys. Rev. B 50 1992

    [12]

    Abrahams S C, Hamilton W C, Reddy J M 1966 J. Phys. Chem. Solids 27 1013

    [13]

    Kong Y F, Xu J J, Zhang G Y 2005 Multi-function Photoelectric Materials LiNbO3 Crystal (Beijing: Sciences Press) pp42, 43 (in Chinese) [孔勇发, 许京军, 张光寅 2005 多功能光电材料-铌酸锂晶体 (北京: 科学出版社) 第42, 43页]

    [14]

    Zaldo C, Prieto C 1992 Ferroelectrics 134 47

    [15]

    Zheng W, Gui Q, Xu Y H 2008 Cryst. Res. Technol. 43 526

    [16]

    Xu H X, Chernatynskiy A, Lee D, Sinnott S B, Gopalan V, Dierolf V, Phillpot S R 2010 Phys. Rev. B 82 184109

    [17]

    Segall M D, Philip Lindan J D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2717

    [18]

    Mamoun S, Merad A E, Guilbert L 2013 Comput. Mater. Sci. 79 125

    [19]

    Zhao B Q, Zhang Y, Qiu X Y, Wang X W 2015 Acta Phys. Sin. 64 124210 (in Chinese) [赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维 2015 物理学报 64 124210]

    [20]

    Ma Q M, Xie Z, Wang J, Liu Y, Li Y C 2007 Solid State Commun. 142 114

    [21]

    Xu H X, Lee D, He J, Sinnott S B, Gopalan V, Dierolf V, Phillpot S R 2008 Phys. Rev. B 78 174103

    [22]

    Schirmer O F, Thiemann O, Whlecke M 1991 J. Phys. Chem. Solids 52 185

    [23]

    Tsuboi T, Grinberg M, Kaczmarek S M 2002 J. Alloys Compd. 341 333

    [24]

    Kar S, Verma S, Bartwal K S 2008 Cryst. Growth Des. 8 4424

    [25]

    Su Y C, Xiao L H, Fu Y C, Zhang P F, Peng P 2011 Sci. China Ser. G 41 58 (in Chinese) [苏玉长, 肖立华, 伏云昌, 张鹏飞, 彭平 2011 中国科学G 辑:物理学 力学 天文学 41 58]

    [26]

    Sun X D, Luo S H, Wang J, Jiang Y Y, Shi H X 2009 J. Phys. D: Appl. Phys. 42 115413

    [27]

    Xu C, Leng X S, Mo Y, Wang Y J, Cao L C, Yang H H, Xu Y H 2011 J. Cryst. Growth 318 665

    [28]

    Pankratov V, Millers D, Grigorjeva L, Matkovskii A O, Potera P, Pracka I, kasiewicz T 2003 Opt. Mater. 22 257

    [29]

    Wang Y J, Mo Y, Wen A H, Xu C, Leng X S, Zhang C L, Xu L, Xu Y H 2011 J. Chin. Ceram. Soc. 39 355 (in Chinese) [王义杰, 莫阳, 文爱华, 徐超, 冷雪松, 张春雷, 徐磊, 徐玉恒 2011 硅酸盐学报 39 355]

    [30]

    Hou J Y, Tao S Q, Jiang Z Q 2004 J. Optoelectron. Laser 15 594 (in Chinese) [候金英, 陶世荃, 江竹青 2004 光电子 15 594]

    [31]

    Hou J Y, Jiang Z Q, Liu G Q, Tao S Q 2002 Proceedings of the SPIE International Conference on Electronic Imaging and Multimedia Technology, Photonics Asia Shanghai, China, October 14-18, 2002 p199

    [32]

    Ren L Y, Liu L R, Liu D A, Zhou C H, Li G G 2003 Opt. Mater. 23 261

  • [1]

    Li X C, Qu X D, Zhao X J, Meng X J, Zhang L L 2013 Chin. Phys. B 22 024203

    [2]

    Shen Y, Zhang G Q, Yu W B, Guo Z Z, Zhao Y Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 184205 (in Chinese) [申岩, 张国庆, 于文斌, 郭志忠, 赵业权 2012 物理学报 61 184205]

    [3]

    Micheron F, Bismuth G 1972 Appl. Phys. Lett. 20 79

    [4]

    Amodei J J, Staebler D L 1971 Appl. Phys. Lett. 18 540

    [5]

    Buse K, Adibi A, Psaltis D 1998 Nature 393 665

    [6]

    Liu D A, Liu L R, Zhou C H, Ren L Y, Li G G 2002 Appl. Opt. 41 6809

    [7]

    Xu C, Leng Xu S, Xu L, Wen A H, Xu Y H 2012 Opt. Commun. 285 3868

    [8]

    Liu Y W, Liu L R, Xu L Y, Zhou C H 2000 Opt. Commun. 181 47

    [9]

    Cheng H J, Shi L H, Yan W B, Chen G F, Shen J, Shen X N, Li Y X 2010 Chin. Phys. B 19 084203

    [10]

    Veithen M, Gonze X, Ghosez P 2004 Phys. Rev. Lett. 93 187401

    [11]

    Ching W Y, Gu Z Q, Xu Y N 1994 Phys. Rev. B 50 1992

    [12]

    Abrahams S C, Hamilton W C, Reddy J M 1966 J. Phys. Chem. Solids 27 1013

    [13]

    Kong Y F, Xu J J, Zhang G Y 2005 Multi-function Photoelectric Materials LiNbO3 Crystal (Beijing: Sciences Press) pp42, 43 (in Chinese) [孔勇发, 许京军, 张光寅 2005 多功能光电材料-铌酸锂晶体 (北京: 科学出版社) 第42, 43页]

    [14]

    Zaldo C, Prieto C 1992 Ferroelectrics 134 47

    [15]

    Zheng W, Gui Q, Xu Y H 2008 Cryst. Res. Technol. 43 526

    [16]

    Xu H X, Chernatynskiy A, Lee D, Sinnott S B, Gopalan V, Dierolf V, Phillpot S R 2010 Phys. Rev. B 82 184109

    [17]

    Segall M D, Philip Lindan J D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2717

    [18]

    Mamoun S, Merad A E, Guilbert L 2013 Comput. Mater. Sci. 79 125

    [19]

    Zhao B Q, Zhang Y, Qiu X Y, Wang X W 2015 Acta Phys. Sin. 64 124210 (in Chinese) [赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维 2015 物理学报 64 124210]

    [20]

    Ma Q M, Xie Z, Wang J, Liu Y, Li Y C 2007 Solid State Commun. 142 114

    [21]

    Xu H X, Lee D, He J, Sinnott S B, Gopalan V, Dierolf V, Phillpot S R 2008 Phys. Rev. B 78 174103

    [22]

    Schirmer O F, Thiemann O, Whlecke M 1991 J. Phys. Chem. Solids 52 185

    [23]

    Tsuboi T, Grinberg M, Kaczmarek S M 2002 J. Alloys Compd. 341 333

    [24]

    Kar S, Verma S, Bartwal K S 2008 Cryst. Growth Des. 8 4424

    [25]

    Su Y C, Xiao L H, Fu Y C, Zhang P F, Peng P 2011 Sci. China Ser. G 41 58 (in Chinese) [苏玉长, 肖立华, 伏云昌, 张鹏飞, 彭平 2011 中国科学G 辑:物理学 力学 天文学 41 58]

    [26]

    Sun X D, Luo S H, Wang J, Jiang Y Y, Shi H X 2009 J. Phys. D: Appl. Phys. 42 115413

    [27]

    Xu C, Leng X S, Mo Y, Wang Y J, Cao L C, Yang H H, Xu Y H 2011 J. Cryst. Growth 318 665

    [28]

    Pankratov V, Millers D, Grigorjeva L, Matkovskii A O, Potera P, Pracka I, kasiewicz T 2003 Opt. Mater. 22 257

    [29]

    Wang Y J, Mo Y, Wen A H, Xu C, Leng X S, Zhang C L, Xu L, Xu Y H 2011 J. Chin. Ceram. Soc. 39 355 (in Chinese) [王义杰, 莫阳, 文爱华, 徐超, 冷雪松, 张春雷, 徐磊, 徐玉恒 2011 硅酸盐学报 39 355]

    [30]

    Hou J Y, Tao S Q, Jiang Z Q 2004 J. Optoelectron. Laser 15 594 (in Chinese) [候金英, 陶世荃, 江竹青 2004 光电子 15 594]

    [31]

    Hou J Y, Jiang Z Q, Liu G Q, Tao S Q 2002 Proceedings of the SPIE International Conference on Electronic Imaging and Multimedia Technology, Photonics Asia Shanghai, China, October 14-18, 2002 p199

    [32]

    Ren L Y, Liu L R, Liu D A, Zhou C H, Li G G 2003 Opt. Mater. 23 261

  • [1] 赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维. Fe:Mg:LiNbO3晶体电子结构和吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(12): 124210. doi: 10.7498/aps.64.124210
    [2] 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
    [3] 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
    [4] 杨春燕, 张蓉, 张利民, 可祥伟. 0.5NdAlO3-0.5CaTiO3电子结构及光学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2012, 61(7): 077702. doi: 10.7498/aps.61.077702
    [5] 潘磊, 卢铁城, 苏锐, 王跃忠, 齐建起, 付佳, 张燚, 贺端威. -AlON晶体电子结构和光学性质研究. 物理学报, 2012, 61(2): 027101. doi: 10.7498/aps.61.027101
    [6] 程丽, 王德兴, 张杨, 苏丽萍, 陈淑妍, 王晓峰, 孙鹏, 易重桂. Cu,O共掺杂AlN晶体电子结构与光学性质研究. 物理学报, 2018, 67(4): 047101. doi: 10.7498/aps.67.20172096
    [7] 崔冬萌, 谢泉, 陈茜, 赵凤娟, 李旭珍. Si基外延Ru2Si3电子结构及光学性质研究. 物理学报, 2010, 59(3): 2027-2032. doi: 10.7498/aps.59.2027
    [8] 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
    [9] 王磊, 涂兵田. 含磷酸胍基间作用的磷酸双乙酸胍晶体电子结构与光学性质研究. 物理学报, 2019, 68(6): 064210. doi: 10.7498/aps.68.20181627
    [10] 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
    [11] 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
    [12] 程旭东, 吴海信, 唐小路, 王振友, 肖瑞春, 黄昌保, 倪友保. Na2Ge2Se5电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(18): 184208. doi: 10.7498/aps.63.184208
    [13] 谢知, 程文旦. TiO2纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(24): 243102. doi: 10.7498/aps.63.243102
    [14] 王寅, 冯庆, 王渭华, 岳远霞. 碳-锌共掺杂锐钛矿相TiO2 电子结构与光学性质的第一性原理研究 . 物理学报, 2012, 61(19): 193102. doi: 10.7498/aps.61.193102
    [15] 潘洪哲, 周海平, 祝文军, 徐 明. β-Si3N4电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3585-3589. doi: 10.7498/aps.55.3585
    [16] 侯芹英, 孔祥兰, 苏希玉, 齐延华, 支晓芬. Ba0.5Sr0.5TiO3电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(6): 4128-4131. doi: 10.7498/aps.58.4128
    [17] 焦照勇, 郭永亮, 牛毅君, 张现周. 缺陷黄铜矿结构Xga2S4 (X=Zn, Cd, Hg)晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(7): 073101. doi: 10.7498/aps.62.073101
    [18] 王闯, 赵永红, 刘永. Ga1–xCrxSb (x = 0.25, 0.50, 0.75) 磁学和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(17): 176301. doi: 10.7498/aps.68.20182305
    [19] 何静芳, 郑树凯, 周鹏力, 史茹倩, 闫小兵. Cu-Co共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(4): 046301. doi: 10.7498/aps.63.046301
    [20] 谭明秋, 陶向明, 徐小军, 何军辉, 叶高翔. MgCNi3的电子结构、光学性质与超导电性. 物理学报, 2003, 52(2): 463-467. doi: 10.7498/aps.52.463
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-07-22
  • 修回日期:  2015-09-07
  • 刊出日期:  2016-01-05

Cu,Fe掺杂LiNbO3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

  • 1. 西南大学物理科学与技术学院, 重庆 400715
  • 通信作者: 张耘, yzhang@swu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11274257)资助的课题.

摘要: 利用基于密度泛函理论的第一性原理对Cu, Fe单掺及共掺LiNbO3晶体的电子结构和光学性质进行了计算. 结果显示: Cu, Fe单掺杂LiNbO3晶体禁带内均产生了杂质能级, 主要由Cu 3d, Fe 3d轨道及O 2p轨道贡献; 共掺LiNbO3晶体禁带内出现了双能级结构, 深能级由Cu 3d和O 2p轨道贡献, 浅能级由Fe 3d和O 2p轨道贡献. Cu, Fe单掺和共掺LiNbO3晶体带隙依次缩小, 在可见光区的光吸收明显增强. 共掺LiNbO3在445和630 nm左右分别表现出一个宽吸收峰, 比单掺LiNbO3晶体表现出更好的光吸收性质. 研究表明, Fe占Nb位比Fe占Li位的双掺样品在双光存储应用中更有优势; 同时, 浓度比[Fe2+]/[Fe3+]值的适当降低有助于这种优势的形成.

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