掺杂立方BaTiO3的电子结构与光学性能

论文摘要

论文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了立方BaTi03中Ti位和Ba位替代掺杂的电子结构和光学性质,并对掺杂体系具体发生的改变做了详细的讨论。理论计算研究表明:未掺杂立方BaTi03是直接带隙半导体,禁带宽度为1.788 eV,带间存在Ti原子和O原子轨道杂化现象;在光子能为0 eV处其介电数值为零,表明未掺杂体系对光子的响应能力弱,BaTi03体系的光学性质在不同能量范围内呈现非线性变化,光学吸收谱的吸收边处在1.5 eV,吸收谱峰值高达140000,反射谱带间电子跃迁在4.8-8.0 eV范围内,反射率为0.6左右。掺杂元素V、Fe、Co取代BaTi03体系中的Ti位,计算结果表明:掺杂可以改变体系的空间群结构,且掺杂体系出现杂质能级,禁带宽度的降低减小了电子带间跃迁所需要的能量,V原子掺杂相比Fe、Co更容易占据Ti位形成稳定的结构;掺杂元素的引入可以增大体系的介电性能,增强对光子的响应能力,光学吸收谱的吸收边位置发生改变,体系的吸收系数和反射吸收都有增大。掺杂Mg、Ca、Sr取代BaTi03体系中的Ba位,计算结果表明:掺杂元素的引入导致了体系的空间群结构的改变,但是体系禁带中没有出现杂质能级,并且随着掺杂浓度的增加,Mg、Ca原子掺杂体系的禁带宽度增大,而Sr原子掺杂体系的禁带宽度在减小,同时Sr原子掺杂更容易占据Ba位形成稳定的体系;掺入杂质原子有效提高了 BaTi03体系的介电性能,增加了对可见光的响应能力和光电性能,掺杂元素的引入提高了掺杂体系的光吸收系数,但是减小了反射系数。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马亚楠

导师: 陈焕铭

关键词: 位掺杂,立方,电子结构,光学性能

来源: 宁夏大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 宁夏大学

分类号: O469;O614.233

DOI: 10.27257/d.cnki.gnxhc.2019.000757

总页数: 63

文件大小: 7483K

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