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硫簇化汞团簇结构与电子性质的研究

赵传波  
【摘要】: II-VI族半导体量子点因其具有优异的物理特性和潜在的应用前景,引起了人们的关注。硫簇化汞(HgS、HgSe、HgTe)团簇与II-VI族半导体量子点的性质非常接近,由于硫簇化汞块体材料是能隙为零或接近零的半金属,用其制成的量子点随尺寸的变化将经历从半金属到半导体的转变,使得这类材料制成的量子点发光器件具有更大的可调谐范围,并覆盖宽带通信的“窗口”频率,具有更重要的应用价值。团簇可看作是“裸”的量子点,是研究量子点的基础,同时,团簇本身的性质也是物理学家们非常关注的问题。目前,由于受计算量的限制,第一性原理研究硫簇化汞团簇相对较少。因此,进一步开展这方面的研究对充分认识硫簇化汞团簇的性质是很有意义的。 本文采用基于密度泛函理论的第一性原理,在GGA下计算了(HgTe)n(1≤n≤8)、(HgS)n(1≤n≤13)和(HgSe)n(1≤n≤8)团簇的基态几何结构、结合能、能隙等性质。通过计算分析,得到的主要结果如下: (1)应用DMOL3程序计算分析(HgTe)n(1≤n≤8)团簇,并与与CASTEP程序计算结果相比较,结果吻合较好,验证了DMOL3程序研究硫簇化汞团簇的可行性。 (2)(HgTe)n、(HgS)n和(HgSe)n团簇在1≤n≤6时的基态结构基本相同,只是在键角、键长上有差异。在n≥7时团簇的结构复杂,对称性不明显。在1≤n≤8基础上构造出了(HgS)n(9≤n≤13)的初始结构。 (3)硫簇化汞团簇的结合能随团簇尺寸的增大而变化,在团簇尺寸较小时(1≤n≤3)变化较快。随团簇的尺寸的增大,结合能振荡变化,出现局域极大值和极小值。(HgTe)n、(HgS)n和(HgSe)n团簇的结合能、能隙随尺寸的变化趋势基本相同又存在一定的差异,表现出了各自的特点。 (4)随团簇尺寸的增大,(HgTe)n、(HgS)n和(HgSe)n团簇的结合能、能隙的关系复杂性增加,关联不明显。 关于硫簇化汞团簇几何结构与电子性质的计算结果,还有待于进一步验证和发展,但仍有助于更深入系统的全面的认识硫簇化汞团簇。


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