外电场作用下ZnO分子的结构特性研究

安跃华; 熊必涛; 邢云; 申婧翔; 李培刚; 朱志艳; 唐为华

doi:10.7498/aps.62.073103

摘要

本文以6-311++g(d,p)为基组, 采用密度泛函理论的B3P86方法优化得到了ZnO分子的基态稳定构型, 并计算了不同外电场(-0.050.05a.u.)下ZnO基态分子的稳定电子结构, 研究外电场对ZnO基态分子键长、总能量、电荷分布、能级分布、能隙及红外光谱的影响. 结果表明: 外加电场的大小和方向对分子结构和电子特性均有明显影响. 随着正向外加电场的增加, ZnO基态分子的平衡键长先减小后增加, 而分子总能量、振动频率和红外光谱的强度均先增加后减小. 分子的最高占据轨道能量EH、最低未占据轨道能量EL和能隙Eg始终处于减小趋势, 因而占据轨道的电子更容易被激发至空轨道. 这一结果可为ZnO分子的电致发光机理研究提供一定的理论参考.

关键词:

ZnO /
外电场 /
结构参数 /
激发

Abstract

Based on the equilibrium structure obtained, the ground states of ZnO molecule under external electric fields ranging from -0.05 to 0.05 a.u. were optimized using the density functional theory B3P86 at 6-311++g(d,p) level. Effects of electric fields on the bond length, total energy, charge distribution, energy levels, HOMO-LUMO gap and the infrared spectrum of the ground states of ZnO molecule have been investigated systematically. The results show that the molecular geometry and electronic properties were dependent on the magnitude and direction of the external electric field considerebly. With the increase of electric field along the molecular axis O-Zn, the equilibrium bond length first decreased and then increased, while the total energy, the harmonic frequency and infrared spectrum first increased and then decreased. But the HOMO, LUMO energy levels and the energy gap decreased monotonically, indicateing that the molecule could be excited easily by a specific electric field. We think that the present results are useful for better understanding the physical mechanism underlying the electroluminescence properties of ZnO molecule.

Keywords:

作者及机构信息

1.
浙江理工大学光电材料与器件中心, 杭州 310018;

2.
浙江科技学院理学院应用物理系, 杭州 310023;

3.
北京邮电大学理学院信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51072182, 51172208, 11247314)、浙江省自然科学基金(批准号: Y1110519)、浙江省大学生科技创新活动计划(批准号: 2011R406062, 2012R406053)和浙江科技学院科研启动基金(批准号: F501108C01)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Center for Optoelectronics Materials and Devices, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China;

2.
Department of Applied Physics, School of Science, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, China;

3.
School of Science, Beijing University of posts and Telecommunications, State Key Laboratory of Information Photonics & Optical Communication, Beijing University Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51072182, 51172208, 11247314), the Natural Science Foundation of Zhejiang province, China (Grant No. Y1110519), the Zhejiang College Students' Science and Technology Innovation Program, China (Grant Nos. 2011R406062, 2012R406053), and the Science Foundation of Zhejiang University of Science and Technology, China (Grant No. F501108C01).

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