第一性原理铽掺杂钙钛矿型钆铝酸盐的电子结构计算

摘要

基于局域密度近似（LSDA,Local spin-density approximation）和有效库仑相关能（U approach）,采用第一性原理计算软件VASP,计算了钙钛矿型钆铝酸盐（GdAlO3,GAP）电子结构,并研究了铽离子（Tb3＋）掺杂后（GdAlO3∶Tb,GAP∶Tb）对能带带隙（Eg,Energy of gap）的影响。计算结果表明：GAP为直接带隙半导体,带隙宽度主要由价带（VB,Valence band）顶部的O-2p和导带（CB,conduction band）底部Al-3（s＋p）、Gd-（s＋d）（p）决定,Eg值为4.8eV;随着Tb3＋的掺入,当掺入量为1/4原子比时（GAP∶Tb0.25）出现杂质能级,为3eV、2.3eV,分别对应Tb3＋的5 D3-7FJ（J=3,4,5,6）电子跃迁和5 D4-7FJ（J=3,4,5,6）电子跃迁。当掺入量为1/16时（GAP∶Tb0.0625）,仅杂质能级2.3eV较为明显,这一计算结果与GAP∶Tb0.7荧光粉在紫外激发下绿色荧光发射明显这一实验现象相符合（荧光发射主峰对应5 D4→7F5（544nm））。