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3d过渡金属掺杂锐钛矿相TiO_2的第一性原理研究 被引量：71
1
作者 赵宗彦 柳清菊 +1 位作者 张瑾 朱忠其 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期6592-6599,共8页
采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO2及掺杂3d过渡金属TiO2的几何、电子结构及光学性质.计算结果表明掺杂能级的形成主要是掺杂过渡金属3d轨道的贡献,掺杂能级在禁带中的位置是决定TiO2吸收带边能否出现红移... 采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO2及掺杂3d过渡金属TiO2的几何、电子结构及光学性质.计算结果表明掺杂能级的形成主要是掺杂过渡金属3d轨道的贡献,掺杂能级在禁带中的位置是决定TiO2吸收带边能否出现红移的重要因素.Cr,Mn,Fe,Ni,Co,Cu掺杂使TiO2的吸收带边产生红移,并在可见光区有一定的吸收系数;Sc,Zn掺杂使TiO2的吸收带边产生蓝移,但在可见光区有较大的吸收系数;掺V不但使TiO2的吸收带边产生红移,增强了在紫外光区的光吸收,而且在可见光区有非常大的吸收系数. 展开更多
关键词 锐钛矿相TiO 3d过渡金属掺杂 第一性原理 光学性质
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密度泛函理论及其数值方法新进展 被引量：61
2
作者 李震宇 贺伟 杨金龙 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2005年第2期192-202,共11页
综述了密度泛函理论及其数值方法的最新进展。密度泛函理论的发展以寻找合适的交换相关近似为主线 ,从最初的局域密度近似、广义梯度近似到现在的非局域泛函、自相互作用修正 ,多种泛函形式的相继出现使得密度泛函理论可以提供越来越精... 综述了密度泛函理论及其数值方法的最新进展。密度泛函理论的发展以寻找合适的交换相关近似为主线 ,从最初的局域密度近似、广义梯度近似到现在的非局域泛函、自相互作用修正 ,多种泛函形式的相继出现使得密度泛函理论可以提供越来越精确的计算结果。除了交换相关近似的发展 ,近年来密度泛函理论向含时理论、相对论等方面的扩展也很活跃。另外 ,在密度泛函理论体系发展的同时 ,相应的数值计算方法的发展也非常迅速。从古老的有限差分、有限元到新兴的小波分析都被用来实现密度泛函理论的数值计算。与此同时 ,线性标度的密度泛函理论算法日趋成熟 ,使得通过密度泛函理论研究诸如生物大分子之类的体系成为可能。随着密度泛函理论本身及其数值方法的发展 ,它的应用也越来越广泛 ,一些新的应用领域和研究方向不断涌现。 展开更多
关键词 密度泛函理论 第一性原理 含时密度泛函 小波基组 线性标度算法 弱作用系统 激发态
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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 被引量：59
3
作者 段满益 徐明 +4 位作者 周海平 沈益斌 陈青云 丁迎春 祝文军 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期5359-5365,共7页
采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)研究了过渡族金属(Mn,Fe,Co,Cu)与N共掺杂ZnO的能带结构、电子态密度分布、差分电荷密度和光学性质.计算表明Mn,Fe,Co与N共掺ZnO的光学性质与Mn,Fe,Co... 采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)研究了过渡族金属(Mn,Fe,Co,Cu)与N共掺杂ZnO的能带结构、电子态密度分布、差分电荷密度和光学性质.计算表明Mn,Fe,Co与N共掺ZnO的光学性质与Mn,Fe,Co单掺杂相近,但是过渡族金属与N共掺杂有利于获得p型ZnO. 展开更多
关键词 ZNO 第一性原理 电子结构 光学性质
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过渡金属掺杂ZnO的电子结构和光学性质 被引量：56
4
作者 沈益斌 周勋 +4 位作者 徐明 丁迎春 段满益 令狐荣锋 祝文军 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期3440-3445,共6页
利用基于密度泛涵理论的超软赝势法(USPP),结合局域密度近似(LDA),对过渡族金属离子掺杂的纤锌矿型ZnO做第一性原理计算,得到了它的平衡晶格常数、结合能、电子态密度分布、能带结构、介电函数、光学吸收系数等性质,详细讨论了掺杂后Zn... 利用基于密度泛涵理论的超软赝势法(USPP),结合局域密度近似(LDA),对过渡族金属离子掺杂的纤锌矿型ZnO做第一性原理计算,得到了它的平衡晶格常数、结合能、电子态密度分布、能带结构、介电函数、光学吸收系数等性质,详细讨论了掺杂后ZnO化合物的电子结构及成键情况,并结合实验结果定性分析了掺杂后光学性质的变化. 展开更多
关键词 氧化锌 掺杂 第一性原理 光学性质
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S掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构与光催化性能的影响 被引量：55
5
作者 赵宗彦 柳清菊 +1 位作者 朱忠其 张瑾 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期3760-3768,共9页
采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电... 采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化,导致晶体中的八面体偶极矩增大;S3p态与O2p态、Ti3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化,从而导致TiO2的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO2在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构和光催化性能影响的差别. 展开更多
关键词 锐钛矿相TIO2 S掺杂 第一性原理 光催化性能
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ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算 被引量：40
6
作者 张富春 邓周虎 +1 位作者 阎军锋 张志勇 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期1203-1209,共7页
计算了ZnO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了ZnO材料电子结构与光学性质的关系。所有计算都是基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法。利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的ZnO材料的介... 计算了ZnO电子结构和光学线性响应函数,从理论上给出了ZnO材料电子结构与光学性质的关系。所有计算都是基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法。利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的ZnO材料的介电函数、反射谱、反射率以及消光率,理论结果与实验符合甚佳,为ZnO光电材料的设计与应用提供了理论依据。同时,计算结果也为精确监测和控制ZnO材料的生长过程提供了可能性。 展开更多
关键词 光学材料 ZnO 光学性质 电子结构 密度泛函理论 第一性原理
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N,Ga共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究 被引量：37
7
作者 赵慧芳 曹全喜 李建涛 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期5828-5832,共5页
采用第一性原理的超软赝势方法,研究了纤锌矿ZnO在本征及N-Ga,2N-Ga共掺杂情况下的几何结构、能带、电子态密度.结果显示,共掺杂N-Ga构型具有更稳定的结构.研究还发现:共掺杂2N-Ga的ZnO结构有效地提高了载流子浓度,非局域化特征明显,更... 采用第一性原理的超软赝势方法,研究了纤锌矿ZnO在本征及N-Ga,2N-Ga共掺杂情况下的几何结构、能带、电子态密度.结果显示,共掺杂N-Ga构型具有更稳定的结构.研究还发现:共掺杂2N-Ga的ZnO结构有效地提高了载流子浓度,非局域化特征明显,更有利于获得p型ZnO. 展开更多
关键词 氧化锌 第一性原理 p型共掺杂
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In-N共掺杂ZnO第一性原理计算 被引量：36
8
作者 陈琨 范广涵 +1 位作者 章勇 丁少锋 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期3138-3147,共10页
采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了纤锌矿ZnO,N掺杂和In-N共掺杂ZnO晶体的电子结构,分析了N掺杂和In-N共掺杂ZnO晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布以及H原子对In-N共掺杂ZnO的影响.计算结果表明:... 采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了纤锌矿ZnO,N掺杂和In-N共掺杂ZnO晶体的电子结构,分析了N掺杂和In-N共掺杂ZnO晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布以及H原子对In-N共掺杂ZnO的影响.计算结果表明:N掺杂ZnO在能隙中引入了深受主能级,载流子(空穴)局域于价带顶附近.而加入激活施主In的In-N共掺杂ZnO,受主能级向低能方向移动,形成了浅受主能级.同时,受主能级带变宽、非局域化特征明显、提高了掺杂浓度和系统的稳定性.文章的结论与实验结果相符,从而为实验上,In的掺入有助于实现ZnO的p型掺杂提供了理论支持.文中还指出H原子的存在会大大降低掺杂效率,对p型掺杂产生不利影响,应该在反应中尽量避免. 展开更多
关键词 密度泛函理论(DFT) 第一性原理 N掺杂ZnO In-N共掺杂ZnO
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N掺杂p-型ZnO的第一性原理计算 被引量：39
9
作者 陈琨 范广涵 +1 位作者 章勇 丁少锋 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2008年第1期61-66,共6页
采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纤锌矿ZnO和N掺杂p-型ZnO晶体的电子结构,分析了N掺杂p-型ZnO晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布以及H原子和N2分子对p-型掺杂ZnO的影响.
关键词 密度泛函理论 第一性原理 超软赝势方法 N掺杂纤锌矿ZnO
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基于密度泛函理论的第一性原理赝势法 被引量：20
10
作者 熊志华 孙振辉 雷敏生 《江西科学》 2005年第1期1-4,共4页
第一性原理计算方法有着半经验方法不可比拟的优势,基于密度泛函理论第一性原理赝势法已经成为现代材料计算和设计的重要基础和核心技术。本文对基于局域密度泛函理论的第一性原理赝势法进行了扼要分析。
关键词 密度泛函理论 第一性原理 赝势法
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掺杂半导体β-FeSi_2电子结构及几何结构第一性原理研究 被引量：28
11
作者 潘志军 张澜庭 吴建生 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期5308-5313,共6页
采用基于第一性原理的密度泛函理论全势线性缀加平面波法,使用广义梯度近似处理交换相关势能,首先计算了β-FeSi2的电子结构及其各元素各亚层电子的能态密度,β-FeSi2的电子能态密度主要由Fe的d层电子和Si的p层电子的能态密度确定;其次... 采用基于第一性原理的密度泛函理论全势线性缀加平面波法,使用广义梯度近似处理交换相关势能,首先计算了β-FeSi2的电子结构及其各元素各亚层电子的能态密度,β-FeSi2的电子能态密度主要由Fe的d层电子和Si的p层电子的能态密度确定;其次通过计算不同掺杂系统的总能量确定了掺杂原子在β-FeSi2中的置换位置,在β-FeSi2中,Co置换FeⅡ位置的Fe原子,Al置换SiⅠ位置的Si原子,这种择位置换与现有的计算结果完全一致;最后计算了Fe1-xCoxSi2和Fe(Si1-xAlx)2的电子结构,对它们的电子结构特征进行了分析,并探讨了电子结构对其热电性能(塞贝克系数、电传输及热传输性能)的影响. 展开更多
关键词 第一性原理 电子结构 热电性能 FeSi2 Β-FESI2 电子结构 第一性原理 几何结构 掺杂 半导体 计算结果 密度泛函理论 能态密度
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Mn掺杂ZnO光学特性的第一性原理计算 被引量：33
12
作者 陈琨 范广涵 章勇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期1054-1060,共7页
采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了纤锌矿ZnO及不同量Mn掺杂ZnO晶体的电子结构,分析了掺杂对ZnO晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布的影响.计算结果表明,随着Mn掺杂含量的增加,ZnO禁带宽度相应增... 采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了纤锌矿ZnO及不同量Mn掺杂ZnO晶体的电子结构,分析了掺杂对ZnO晶体的能带结构、电子态密度、差分电荷分布的影响.计算结果表明,随着Mn掺杂含量的增加,ZnO禁带宽度相应增加并且对紫外吸收区的光吸收能力也随之增强. 展开更多
关键词 密度泛函理论(DFT) 第一性原理 超软赝势 Mn掺杂ZnO
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稀土元素(Y,La)掺杂ZnO的电子结构和光学性质 被引量：32
13
作者 吴玉喜 胡智向 +3 位作者 顾书林 渠立成 李腾 张昊 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期527-533,共7页
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了未掺杂ZnO和稀土(Y,La)掺杂ZnO体系的空间结构、能带、电子态密度与光学性质.结果表明,掺杂后体系的形成能减小,稳定性变强,带隙展宽,费米能级进入导带中,体系呈金属性,载流... 采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了未掺杂ZnO和稀土(Y,La)掺杂ZnO体系的空间结构、能带、电子态密度与光学性质.结果表明,掺杂后体系的形成能减小,稳定性变强,带隙展宽,费米能级进入导带中,体系呈金属性,载流子发生简并,形成简并半导体.定性分析了掺杂后光学性质的变化. 展开更多
关键词 氧化锌 掺杂 第一性原理
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第一性原理研究应变Si/(111)Si(1-x)Gex能带结构 被引量：28
14
作者 宋建军 张鹤鸣 +2 位作者 戴显英 胡辉勇 宣荣喜 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期5918-5922,共5页
基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(111)Si1-xGex(x=0.1—0.4)的能带结构进行了研究,结果表明:导带带边六度简并没有消除;应变部分消除了价带带边的简并度;导带带边能量极值k矢位置和极值附近可由电子有效... 基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(111)Si1-xGex(x=0.1—0.4)的能带结构进行了研究,结果表明:导带带边六度简并没有消除;应变部分消除了价带带边的简并度;导带带边能量极值k矢位置和极值附近可由电子有效质量描述的能带形状在应变条件下几乎不变;价带极大值附近可由空穴有效质量描述的能带形状随着x有规律地变化.此外,给出的禁带宽度与x的拟合关系同KP理论计算的结果一致,该量化数据对器件研究设计可提供有价值的参考. 展开更多
关键词 应变硅 能带结构 第一性原理
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四方相BaTiO_3铁电性的第一性原理研究 被引量：27
15
作者 薛卫东 陈召勇 +1 位作者 杨春 李言荣 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期857-862,共6页
在广义梯度近似下 ,利用超软赝势对立方相和四方相BaTiO3晶胞中Ti原子沿c轴位移时体系的能量、原子间电子云重叠布局数和各原子上的净电荷等进行了自洽计算 .结果显示 ,当Ti原子沿c轴位移 0 0 12nm时 ,四方相BaTiO3体系能量最低 ,其自... 在广义梯度近似下 ,利用超软赝势对立方相和四方相BaTiO3晶胞中Ti原子沿c轴位移时体系的能量、原子间电子云重叠布局数和各原子上的净电荷等进行了自洽计算 .结果显示 ,当Ti原子沿c轴位移 0 0 12nm时 ,四方相BaTiO3体系能量最低 ,其自发极化强度为 0 2 6 1C m2 ,该结果与实验数据相符合 ;同时表明 ,O原子的 2p轨道和Ti原子的 3d轨道的杂化是BaTiO3晶体出现铁电性的重要原因 . 展开更多
关键词 原子 第一性原理 自洽 广义梯度 近似 赝势 电子云 四方相 BATIO3 铁电性
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ZnO电子结构和p型传导特性的第一性原理研究 被引量：29
16
作者 张金奎 邓胜华 +1 位作者 金慧 刘悦林 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期5371-5375,共5页
基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法(USPP),对不同掺杂情况的ZnO晶体几何结构分别进行了优化计算,从理论上给出了ZnO的晶胞参数,得到了ZnO的总体态密度(TDOS)和氮原子2p态的分波态密度(PDOS).计算结果表明:原... 基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法(USPP),对不同掺杂情况的ZnO晶体几何结构分别进行了优化计算,从理论上给出了ZnO的晶胞参数,得到了ZnO的总体态密度(TDOS)和氮原子2p态的分波态密度(PDOS).计算结果表明:原胞体积随着掺杂比例的提高而逐渐减小;将氮铝按照2∶1的原子比例共掺可以使氮的掺杂浓度比只掺杂氮时明显提高,且随着铝在锌靶中掺入比例的增加,载流子迁移率提高,浓度增大,使得p型ZnO电导率提高,传导特性增强. 展开更多
关键词 共掺 p型传导 态密度 第一性原理 氧化锌 电子结构 密度泛函理论 宽禁带半导体材料
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H_2O分子在Fe(100),Fe(110),Fe(111)表面吸附的第一性原理研究 被引量：28
17
作者 赵巍 汪家道 +1 位作者 刘峰斌 陈大融 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期3352-3358,共7页
采用第一性原理研究了H2O分子在Fe(100),Fe(110),Fe(111)三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H2O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H2O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H2O分子与... 采用第一性原理研究了H2O分子在Fe(100),Fe(110),Fe(111)三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H2O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H2O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H2O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H2O分子与Fe(111)晶面的相互作用最强,其次是Fe(100),相互作用最弱的是Fe(110)表面,而这与晶面原子的排列密度相关.吸附体系的电子结构计算结果也得出了相似的结论.同时电荷布居分析表明,H2O分子与Fe表面相互作用时,O原子与基底原子之间的电荷交换使基底Fe原子表面带负电,导致表面电位降低,也促使Fe表面更易于发生电化学腐蚀反应. 展开更多
关键词 第一性原理 Fe单晶表面 H2O分子 分子吸附
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相图计算的研究进展 被引量：19
18
作者 戴占海 卢锦堂 孔纲 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期94-97,共4页
相图计算已经成为材料设计、冶金和化工等过程模拟的重要工具,越来越受到人们的重视。概述了相图计算(CALPHAD)的发展现状,重点强调了相图计算中描述有序相的模型、量子力学第一性原理与相图计算方法的结合和热力学与动力学的结合,并简... 相图计算已经成为材料设计、冶金和化工等过程模拟的重要工具,越来越受到人们的重视。概述了相图计算(CALPHAD)的发展现状,重点强调了相图计算中描述有序相的模型、量子力学第一性原理与相图计算方法的结合和热力学与动力学的结合,并简要预测了今后相图计算的发展方向。 展开更多
关键词 相图计算 热力学模型 第一性原理 动力学模拟
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P掺杂锐钛矿相TiO_2的第一性原理计算 被引量：28
19
作者 郑树凯 吴国浩 刘磊 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期86-92,共7页
利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同P掺杂形式(P替位Ti,P替位O,间隙P)的锐钛矿相TiO2的晶格常数、电荷布居、能带结构、分态密度和吸收光谱进行了计算.结果表明,P替位Ti时,TiO2体积减小,P替位O和间隙P的存在使TiO2的体积膨胀;替位T... 利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同P掺杂形式(P替位Ti,P替位O,间隙P)的锐钛矿相TiO2的晶格常数、电荷布居、能带结构、分态密度和吸收光谱进行了计算.结果表明,P替位Ti时,TiO2体积减小,P替位O和间隙P的存在使TiO2的体积膨胀;替位Ti的P和间隙P均有不同程度的氧化,而替位O的P带有负电荷.三种P掺杂形式均导致锐钛矿相TiO2禁带宽度的增大,并在TiO2禁带之内引入了掺杂局域能级.P掺杂导致TiO2禁带宽度增大的程度依次为:间隙P>P替位Ti>P替位O.吸收光谱的计算结果表明,P替位Ti并不能增强TiO2的可见光吸收能力,但间隙P的存在大幅提高了TiO2的可见光光吸收能力,间隙P有可能是造成实验上P掺杂增强锐钛矿相TiO2光催化活性的重要原因. 展开更多
关键词 P掺杂 锐钛矿相TIO2 第一性原理
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N掺杂锐钛矿TiO_2光学性能的第一性原理研究 被引量：23
20
作者 彭丽萍 徐凌 尹建武 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期1585-1589,共5页
用平面波赝势方法(PWP)计算了N掺杂锐钛矿型TiO2前后的光学特性,即介电函数虚部ε2(ω),光学吸收系数I(ω)和反射率R(ω).并从能带结构上解释了为什么掺N后锐钛矿型TiO2的光学谱在2.93,3.56和3.97eV处相对掺杂前会出现3个峰值的原因.从... 用平面波赝势方法(PWP)计算了N掺杂锐钛矿型TiO2前后的光学特性,即介电函数虚部ε2(ω),光学吸收系数I(ω)和反射率R(ω).并从能带结构上解释了为什么掺N后锐钛矿型TiO2的光学谱在2.93,3.56和3.97eV处相对掺杂前会出现3个峰值的原因.从光谱图上分析得出,掺杂后TiO2要发生红移现象,实验现象证实了这一结果. 展开更多
关键词 N掺杂 锐钛矿型TiO2 光学性能 第一性原理
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