基于第一性原理计算稀土硫化物物理性质的研究

摘要

本文介绍了第一性原理相关理论，利用密度泛函理论对晶体结构进行优化，计算了Y2S3的结构特性、态密度分布、声子与光学特性，分析得到其能带、声子、吸收、介电函数、反射、消光系数和折射率图谱。同时也计算了 La2S3的结构、弹性常数、声子、光学以及热力学特性，得到其能带、声子色散、介电函数、反射、德拜温度和热容等图谱。
　　计算得出Y2S3和La2S3的禁带宽度分别是1.314 eV和0.191 eV。Y2S3和La2S3的声子谱没有负频率，所以晶体所含能量最低，证明晶格动力学是稳定的。计算La2S3弹性常数后得知此晶体符合力学稳定性收敛标准。从 Y2S3的反射和介电图谱得出在低于120 nm或高于1000 nm的波长范围内不存在峰值，因而材料有较小的损耗，透波性能较好。La2S3的吸收和反射谱的峰值都出现在300 nm以下，介电函数峰值出现在1000 nm以下，所以在波长大于1000 nm的范围材料透波性较好。
　　计算得到Y2S3掺Eu的禁带宽度是0.128 eV，并且在-20 eV到-19 eV之间和-40 eV左右的价带底出现了新的能带。Y2S3:Eu晶体结构的反射率在181 nm波长附近出现极大值为55％，较掺杂前减小了28％。对于波长高过750 nm的红外光区，其反射率偏小。加入Eu后吸收率的最大值下降了30669 cm-1。当波长大于500 nm的时候，Y2S3:Eu的消光系数偏低。在610 nm到750 nm波长区域内，折射率相较于掺杂前降低了，都位于10％以下。波长在600 nm以下区域，Y2S3:Eu的n、k曲线与介电函数图线整体向下偏移。
　　本文通过对La2S3和Y2S3的理论研究，更加深入了解了稀土硫化物的一些性质，对其应用提供了理论依据。同时本文还研究了 Eu掺杂 Y2S3，对其掺杂所引起 Y2S3的变化进行了深入分析，所获结论对提升其光电性能具有参考价值。

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第一章 绪论

1.1稀土硫化物

1.2红外透波材料的应用

1.3第一性原理介绍

1.4实验研究方法

1.5研究内容和目的

第二章 理论研究方法

2.1晶格动力学基础

2.2密度泛函理论

2.3密度泛函微扰理论

2.4晶格振动光谱学

2.5本章小结

第三章 Y2S3的第一性原理计算

3.1模型建立与理论计算

3.2晶体结构优化

3.3 Y2S3声子计算

3.4 Y2S3的能带结构

3.5 Y2S3光学性质

3.6本章小结

第四章 La2S3的第一性原理计算

4.1模型建立与理论计算

4.2 La2S3的能带结构

4.3 La2S3的弹性常数

4.4 La2S3声子计算

4.5 La2S3的光学性质

4.6 La2S3的热力学性质

4.7本章小结

第五章 Y2S3掺Eu的第一性原理计算

5.1掺杂位置的确定

5.2能带结构的计算

5.3光学性质的研究

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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