GGA+U法研究稀土(La、Ce、Pr、Nd)掺杂对ZnO电子结构和光学性质的影响

• 作者: 刘桂安 夏桐 张丽丽 毛著鹏 王少霞 赵旭才 雷博程 黄以能
• 来源期刊: 人工晶体学报
• 学科: 物理学
• 关键词: ZnO 第一性原理 形成能 电子结构 光学性质
• 年，卷（期）: 2019,（9）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 1608-1614,1620
• 页数: 8页
• 分类号: O471
• 字数: 4420字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-985X.2019.09.005

摘要

基于GGA+U的第一性原理方法,分析了La、Ce、Pr、Nd四种元素掺杂的ZnO结构,对晶体的结构、电子结构和光学性质进行了对比分析.由键布局分析可知,掺杂体系Zn-O键共价性的强弱与杂质掺入原子的序数成正比.掺杂后体系的类型仍为直接跃迁,能级整体下移;随着Pr、Nd掺入,出现了杂质能级,这是由稀土元素的4f电子态所导致.在光学性质方面,掺杂体系的吸收系数、静介电常数都比纯ZnO的高,体系的吸收边都向低能方向移动,其中Zn7LaO8的红移程度最高、静介电常数最大,说明其光催化能力和极化能力都最强.