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ZnO 极性表面及其N原子吸附机理的第一性原理研究

李琦 范广涵 熊伟平 章勇

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ZnO 极性表面及其N原子吸附机理的第一性原理研究

李琦, 范广涵, 熊伟平, 章勇

First-principles calculations of ZnO polar surfaces and N adsorption mechanism

Li Qi, Fan Guang-Han, Xiong Wei-Ping, Zhang Yong
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理赝势法计算了ZnO极性表面的几何结构和电子结构特性,对比分析了ZnO(0001)和ZnO(0001)表面结构弛豫、能带结构、电子态密度及N吸附ZnO极性表面的形成能情况.计算结果表明: 相对于ZnO(0001)表面,ZnO(0001)表面受结构弛豫影响更加明显,而ZnO(0001)表面完整性更好.相对于体相ZnO结构,ZnO(0001)表面的能带带隙变窄,同时价带顶附近能级非局域性增强使晶体表面的导电性能变得更好;而ZnO(0001)表面的能带带隙变宽,由于O-
    Structural and electronic properties of clean polar ZnO surfaces are studied by using the first-principles ultra-soft pseudo-potential approach to the plane wave, based on the density functional theory. Furthermore, the relaxations, bandstructures, and densities of states for ZnO(0001) and ZnO(0001) surfaces and the N adsorption for ZnO(0001) surface are studied. The calculation results reveal that the relaxation of ZnO(0001) surface is stronger than that of ZnO(0001) surface, so ZnO(0001) surface has a better integrity. Compared with the ZnO bulk, the ZnO(0001) surface has a narrow bandgap, and big conductivity due to the delocalizing characters. However, the bandgap of the ZnO(0001) surface widens, the empty energy levels appear near the top of bandgap due to the existence of O-2p states, and the body electrons transite easily to the surface, under the thermal excitation, and resulting in negative charges.We find that the face-centered site is the stablest adsorption position of ZnO (0001) surface, and the formation energy is lowest in the first layer when N atoms are embeded in the ZnO (0001) surface. Therefore, N atoms easily accumulate on the surface layer rather than occupy the positions in the body.
    • 基金项目: 广东省关键领域重点突破粤港合作计划(批准号: 2007A010501008)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 2007498351).
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-08-29
  • 修回日期:  2010-01-15
  • 刊出日期:  2010-03-05

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