Pt掺杂金红石相TiO与CdTe掺杂体系的第一性原理研究

摘要

本论文首先介绍了计算机模拟，以及计算机模拟的几种主要方法。接着介绍了我们实验室的模拟软件，并对该软件进行了说明，对本文工作使用到的两个计算模块(Castep和Dmol<'3>)的功能和使用进行了简单介绍。紧接着叙述了凝聚态物理学中最成功、最重要的理论之一--固体能带理论，以及在这一理论框架下的第一性原理的材料计算方法。进而使用第一性原理计算方法对Pt掺杂金红石相TiO<,2>与CdTe掺杂体系进行了研究。 基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势方法，研究了金红石相TiO<,2>及不同Pt掺杂量的Pt<,x>Ti<,1-x>O<,2>晶体结构和电子结构，其中x的值分别为0、0.125、0.25和0.375。从理论上给出了Pt掺杂TiO<,2>的几何结构、能带结构、电子态密度、Mulliken集居数分布和差分电荷分布，详细分析了Pt掺杂对TiO<,2>晶体几何结构和电予结构的影响，并分析了发生红移现象的微观机理，为TiO<,2>材料的Pt掺杂改性提供了理论依据。 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，研究了闪锌矿CdTe及不同量阳离子M(M分别为Hg和Mg)掺杂体系M<,x>Cd<,1-x>Te的电子结构，给出了相应的能带结构、态密度、差分电荷分布及光吸收谱。计算结果表明，随着Hg掺杂量的增加，Hg<,x>Cd<,1-x>Te体系禁带宽度逐渐变窄；随着Mg掺杂量的增加，Mg<,x>Cd<,1-x>Te体系禁带宽度变宽，并给出了禁带宽度发生如此变化的微观机理。

目录

文摘

英文文摘

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第一章计算机模拟下的材料计算

§1.1材料计算与计算机模拟

§1.1.1材料计算

§1.1.2计算机模拟

§1.1.3计算机模拟在纳米材料计算中的应用

§1.2计算机模拟研究的几种主要方法

§1.2.1 Monte Carlo方法

§1.2.2分子动力学方法

§1.2.3分子力学方法

§1.2.4量子力学方法

§1.3 Castep和Dmol3软件包简介

§1.3.1 Castep简介

§1.3.2 Dmol3模块简介

参考文献

第二章基础理论简介

§2.1绝热近似（Born-Oppenheimer Approximation）

§2.2哈特利-福克近似(Hartree-Fock Approximation,HFA)

§2.3周期场近似(periodic potential approximation)

§2.4固体能带的计算方法

§2.4.1计算机自洽计算能带的过程

§2.4.2固体能带的计算方法

§2.5本论文计算材料体系的选取和意义

参考文献

第三章Pt掺杂金红石相TiO2所致红移现象的理论研究

§3.1引言

§3.2晶体模型构建与计算方法

§3.2.1晶体模型

§3.2.2计算方法

§3.3结果与讨论

§3.3.1 TiO2计算结果与讨论

§3.3.2 PtxTi1-xO2计算结果与讨论

§3.4小结

参考文献

第四章Hg掺杂CdTe所致禁带宽度变窄的理论研究

§4.1引言

§4.2晶体模型构建与计算方法

§4.2.1晶体模型构建

§4.2.2计算方法

§4.3结果与讨论

§4.3.1 CdTe计算结果与讨论

§4.3.2 Hg掺杂计算结果与讨论

§4.4小结

参考文献

第五章Mg掺杂CdTe所致禁带宽度变宽的理论研究

5.1引言

§5.2晶体模型构建与计算方法

§5.2.1晶体模型构建

§5.2.2计算方法

§5.3结果与讨论

§5.3.1 MgxCd1-xTe的态密度和能带结构

§5.3.2 Mg掺杂CdTe的禁带宽度

§5.3.3禁带宽度变宽的微观机制

§5.3.4应变对禁带宽度的影响

§5.3.5吸收谱图

§5.4小结

参考文献

第六章工作总结与展望

§6.1主要计算结果

§6.2展望

硕士期间论文完成与发表

致谢