纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

黄  丹; 邵元智; 陈弟虎; 郭  进; 黎光旭

doi:10.7498/aps.57.1078

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纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

黄丹 , 邵元智 , 陈弟虎 , 郭进 , 黎光旭

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纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

黄丹, 邵元智, 陈弟虎, 郭进, 黎光旭

物理学报, 2008, 57(2): 1078-1083.

doi: 10.7498/aps.57.1078

First-principles calculation on the electronic structure and absorption spectrum of the wurtzite Zn1-xMgxO alloys

Huang Dan, Shao Yuan-Zhi, Chen Di-Hu, Guo Jin, Li Guang-Xu

Acta Phys. Sin., 2008, 57(2): 1078-1083.

doi: 10.7498/aps.57.1078

摘要
采用第一性原理计算方法，计算了纤锌矿结构Zn1-xMgxO(x=0，00625，0125，025)的电子结构及吸收光谱. 计算结果表明，Mg的掺入使ZnO的电子结构发生了较大的改变，与Mg邻近的O原子得到电子的数目明显增大，进而O原子返回部分电子给邻近Zn原子. Zn-O间相互作用减弱，禁带宽度变大，这也从同一合金中Zn4s上移的程度得到证实. 其吸收光谱也随着Mg的掺入出现蓝移现象，其吸收边对应波长分别为379，

关键词:
第一性原理计算 /

电子结构 /

吸收光谱 /

纤锌矿结构ZnO
Abstract
The electronic structure and absorption spectrum of the wurtzite Zn1-xMgxO(x=0, 00625, 0125, 025)　alloys have been calculated by means of the first-principles method. The doping of magnesium leads to an apparent change of the electronic structure of ZnO. The electron density of the oxygen atoms near the magnesium atom increases obviously, and the oxygen atoms transfer some of the electrons to Zn atoms nearby. This weakens the interactions between zinc and oxygen atoms, the band gap becomes broader, which has been validated by the extent of shift of Zn 4s in the same alloys. Theoretical calculation also reveals a blue shift in the absorption spectrum of Mg-doped ZnO, and the absorption edges were located at 379，366，357 and 333nm, respectively, with increasing doping of magnesium in ZnO. The results are discussed in detail.

Keywords:
first-principles calculation /

electronic structure /

absorption spectrum /

wurtzite ZnO
作者及机构信息
黄丹²,

邵元智²,

陈弟虎²,

郭进¹,

黎光旭¹

(1)广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004; (2)中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：30370410)资助的课题.
Authors and contacts
Huang Dan²,

Shao Yuan-Zhi²,

Chen Di-Hu²,

Guo Jin¹,

Li Guang-Xu¹

(1)广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004; (2)中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275
参考文献

施引文献

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[2]	吴洪芬, 冯盼君, 张烁, 刘大鹏, 高淼, 闫循旺. 铁原子吸附联苯烯单层电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211631
[3]	张耘, 王学维, 柏红梅. 第一性原理下铟锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱. 物理学报, 2017, 66(2): 024208. doi: 10.7498/aps.66.024208
[4]	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
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[6]	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
[7]	王平, 郭立新, 杨银堂, 张志勇. 铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(5): 056105. doi: 10.7498/aps.62.056105
[8]	钱帅, 郭新立, 王家佳, 余新泉, 吴三械, 于金. Cun-1Au (n=2–10)团簇结构、静态极化率及吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(5): 057803. doi: 10.7498/aps.62.057803
[9]	侯清玉, 董红英, 马文, 赵春旺. Ga高掺杂对ZnO的最小光学带隙和吸收带边影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(15): 157101. doi: 10.7498/aps.62.157101
[10]	侯清玉, 董红英, 迎春, 马文. Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037101. doi: 10.7498/aps.62.037101
[11]	邓娇娇, 刘波, 顾牡, 刘小林, 黄世明, 倪晨. 伽马CuX(X=Cl,Br,I)的电子结构和光学性质的第一性原理计算. 物理学报, 2012, 61(3): 036105. doi: 10.7498/aps.61.036105
[12]	侯清玉, 董红英, 迎春, 马文. Al高掺杂浓度对ZnO禁带和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(16): 167102. doi: 10.7498/aps.61.167102
[13]	李聪, 侯清玉, 张振铎, 赵春旺, 张冰. Sm-N共掺杂对锐钛矿相TiO2的电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(16): 167103. doi: 10.7498/aps.61.167103
[14]	李沛娟, 周薇薇, 唐元昊, 张华, 施思齐. CeO2的电子结构，光学和晶格动力学性质：第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3426-3431. doi: 10.7498/aps.59.3426
[15]	汪志刚, 张杨, 文玉华, 朱梓忠. ZnO原子链的结构稳定性和电子性质的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(3): 2051-2056. doi: 10.7498/aps.59.2051
[16]	吴红丽, 赵新青, 宫声凯. Nb掺杂影响NiTi金属间化合物电子结构的第一性原理计算. 物理学报, 2010, 59(1): 515-520. doi: 10.7498/aps.59.515
[17]	胡方, 明星, 范厚刚, 陈岗, 王春忠, 魏英进, 黄祖飞. 梯形化合物NaV2O4F电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1173-1178. doi: 10.7498/aps.58.1173
[18]	宋庆功, 王延峰, 宋庆龙, 康建海, 褚勇. 插层化合物Ag1/4TiSe2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7827-7832. doi: 10.7498/aps.57.7827
[19]	吴红丽, 赵新青, 宫声凯. Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构影响的第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(12): 7794-7799. doi: 10.7498/aps.57.7794
[20]	王策, 陈晓波, 张春林, 张蕴芝, 陈鸾, 马辉, 李崧, 高爱华. Er3+：GdVO4中Er3+离子的光谱参数计算和晶场中能级分裂的讨论. 物理学报, 2007, 56(10): 6090-6097. doi: 10.7498/aps.56.6090

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物理学报. 2008, 57(2): 1078-1083.

doi: 10.7498/aps.57.1078.

纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

1. (1)广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004; (2)中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：30370410)资助的课题.

收稿日期: 2007-03-06
修回日期: 2007-04-05
刊出日期: 2008-01-05

摘要: 采用第一性原理计算方法，计算了纤锌矿结构Zn1-xMgxO(x=0，00625，0125，025)的电子结构及吸收光谱. 计算结果表明，Mg的掺入使ZnO的电子结构发生了较大的改变，与Mg邻近的O原子得到电子的数目明显增大，进而O原子返回部分电子给邻近Zn原子. Zn-O间相互作用减弱，禁带宽度变大，这也从同一合金中Zn4s上移的程度得到证实. 其吸收光谱也随着Mg的掺入出现蓝移现象，其吸收边对应波长分别为379，

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First-principles calculation on the electronic structure and absorption spectrum of the wurtzite Zn1-xMgxO alloys

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作者及机构信息

(1)广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004; (2)中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275

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(1)广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004; (2)中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275

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First-principles calculation on the electronic structure and absorption spectrum of the wurtzite Zn1-xMgxO alloys

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纤锌矿结构Zn1-xMgxO电子结构及吸收光谱的第一性原理研究

English Abstract

First-principles calculation on the electronic structure and absorption spectrum of the wurtzite Zn1-xMgxO alloys

1. (1)广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004; (2)中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275

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