ZnO的第一性原理研究.pptVIP

掺钒ZnO的第一性原理研究 目录 1 第一性原理 2 ZnO简介 3 已做的工作 4 将做的工作 5 总结 1 第一性原理 第一性原理： 从最基本的物理规律出发求解体系的薛定 愕方程以获取材料性能的信息，从而理解材料 中出现的一些现象，预测材料的性能 第一性原理计算： 在密度泛函近似框架下进行多种计算方法 密度泛函理论 E(ρ)= ET(ρ) + EV(ρ) + EJ(ρ) + EXC(ρ) ET是电子动能，EV是电子与原子核吸引势能，EJ为 库伦作用能，EXC为交换-相关能。EV、EJ为经典库仑作用 而EXC与ET不是直接的，它们是泛函里的两个基本物理量 目前，常用的泛函有B3LYP, PBE, PW91, LDA等 优势 第一性原理计算方法只用到五个基本物理变量： 普朗克常数(h) 、 电子静态质量(m) 、 光速(c)、波兹曼常数(K)、电子电荷电量(e) 用第一性原理计算所得的晶胞大小与实验所得晶 胞大小只有百分之几的差别，充分体现了该方法 的可靠性 2 ZnO简介 ZnO发展 稀磁半导体 一般是通过在非磁性半导体中引入部分磁性过渡金属(V,Cr,Fe,Co,Ni,Mn 等)所形成的一类新型功能材料，具有新颖的磁光和磁电性能，是自旋电子器件的理想支撑材料,在高密度存储器、磁感应器、光隔离器、半导体集成电路、半导体激光器和自旋量子计算机等领域有广阔的应用前景，已经成为材料领域的一个研究热点 缺陷 我们使用Materials Studio软件中的 Castep软件包研究V掺杂ZnO的性质 5 总结 通过第一性原理来研究氧化锌晶体及其相关材料的改性。重点在于对氧化锌掺杂V 的电子结构和性质的分析，以及不同浓度的氧空位对其掺杂之后性质的影响。难点可能 在于计算量比较大 * * 基本的思想： 体系的基态物理性质可以用粒子密度波函数来描述 体系的能量可以用电子密度的函数来描述 一种光电和压电等多功能相结合的直接宽禁带半导体型氧化物，在常压和常温下，稳定相为六方纤锌矿结构，禁带宽度实验值为3.2 ev ，理论值为0.8ev左右 ISI Web of Knowledge 对ZnO关键词有哪些信誉好的足球投注网站的结果按年份分析图 XRD spectra of thin films ZnO:V 实验上 （004）次级衍射峰，掺杂后样品A的（002）峰最强，C轴择优取向最好，随掺杂含量增加取向性变差，（101）峰强度增大变宽，C(101)峰向左移动，过量的V掺杂，缺陷度增大 Qian Wang APPLIED PHYSICS LETTERS 91,063116(2007) 理论上 ZnO中几种点缺陷对应的缺陷态能级位置 Xu P S,Sun Y M,et al.Physica B,2003,199:286 价带顶产生浅受主能级 施主能级包括深施主和 浅施主，点缺陷对ZnO 蓝绿发光有重要贡献， 减少氧含量来得到绿光 发射 3 已做的工作 无掺杂ZnO的能带结构 V掺杂ZnO的能带结构 掺杂后的ZnO的CBM和VBM均向低能方向移动，禁带宽度变宽 无掺杂ZnO的DOS V掺杂ZnO的DOS V掺杂的ZnO带有磁性 价带主要是Zn-3d态和O-2p态电子构成 在-18.3—-16.1ev存在定域性很强的O-2s电 子，导带由Zn-4s和O-2p态电子构成，VBM (价带顶)由O-2p态电子控制，CBM(导带底) 由Zn-4s态电子控制 ZnO的DOS ZnO的PDOS V掺杂ZnO的PDOS V掺杂ZnO的DOS 价带区：O-2p和Zn-3d态电子构成 -20ev左右： O-2s态电子控制 -40左右：定域性很强V-3p态电子控制 导带区：Zn-4s4p,O-2p,V-3p3d态电子 在费米面处只有一个自旋方向的 电子，V-3d和O-2p态电子轨道形 成了pd杂化 V掺杂ZnO的DOS V掺杂ZnO的PDOS ZnO(2x2x2)超晶胞 V的间隙掺杂 4 将要做的工作 V的坐标（0.5 ，0.5， 0.5） 不同浓度的氧空位 ZnO Nanocluster Shape:cylinder Radius:5.0 Height:10.0 Base plane(h k l):(001) 不同浓度的氧空位