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《伊犁师范学院》 2017年
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稀土掺杂黑磷的第一性原理计算

张航  
【摘要】:本文采用第一性原理计算方法,主要计算了纯黑磷、N单掺杂黑磷、稀土元素(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb)单掺杂黑磷以及分别与N共掺杂黑磷的能带结构、态密度和光学性质,计算分析的结果如下:首先计算分析了纯黑磷的能带结构、态密度和光学性质,计算得到纯黑磷的禁带宽度为0.967e V,且导带主要由P的3p态贡献,而价带主要由P的3p态和3s态贡献。光学性质方面,纯黑磷的介电实部ε2,静介电常数值为6.55;介电虚部ε2主要有两个明显的峰,分别出现在3.45e V和5.69eV;吸收峰在能量为6.55eV处达到最大峰级2.44×105 cm-1;反射谱的主峰在7.4e V处,能量损失峰在12.9eV附近。然后计算分析了N单掺杂黑磷的能带结构、态密度和光学性质,掺杂后的禁带宽度要略小于纯黑磷的禁带宽度。N单掺杂黑磷后,N与周围的P相互作用,导带和价带的能级数目也明显增多。光学性质方面,N单掺杂黑磷的静介电常数要小于纯黑磷的静介电常数,导电性增强;比较N单掺杂黑磷和纯黑磷的介电虚部峰、吸收谱主峰、反射谱主峰和折射谱主峰的位置变化,发现主峰位置都向低能方向移动,发生了红移现象。最后计算分析了稀土元素单掺杂以及分别与N共掺杂黑磷的能带结构、态密度和光学性质,从能带结构可以看出,掺杂后的禁带宽度要小于纯黑磷的禁带宽度,除Ce与N共掺杂和Yb单掺杂,Ce与N共掺杂黑磷的导带和价带重合呈现出了金属性,而Yb单掺杂黑磷的禁带宽度要稍微大于纯黑磷的禁带宽度。导带和价带的能级数目也明显增多,这是稀土元素单掺杂和与N共掺杂黑磷后,稀土元素与周围的P相互作用。从态密度图可以发现,从Ce往后的元素掺杂,则是由4f态贡献较多,而Sc、Y、La单掺杂和共掺杂的态密度峰主要由3d、4d、5d态贡献,这是由于从Ce元素开始的元素拥有4f态电子。从光学性质图看出,纯黑磷、稀土元素单掺杂黑磷和稀土元素与N共掺杂黑磷的介电虚部图、吸收谱图、反射谱图和能量损耗图,发现在低能部分差别较大,当能量大于12.5eV后,变化趋势趋于一致;比较介电虚部峰、吸收谱主峰、反射谱主峰和折射谱主峰的位置变化,发现主峰位置都向低能方向移动,因此可以判断单掺杂和共掺杂后发生了红移现象。
【学位授予单位】:伊犁师范学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O469

【参考文献】
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