商压下Al2O3和AlN光学性质的第一性原理计算

论文摘要

Al2O3（蓝宝石）是在高压实验和地球科学中有广泛应用的一种材料。例如:它常用作动态高压实验的光学窗口,因此探索该材料在高压下光学性质的变化规律具有重要的科学意义和技术需求。目前,Al2O3和LiF晶体材料常被用作冲击波实验中的光学窗口。由于冲击高压实验中测试样品有不同的冲击阻抗,所以寻找具有不同冲击阻抗的新窗口材料仍然是实验研究工作中的一项重要任务。在常态下,AlN晶体具有高的光学透明性和硬度,其化学和热稳定性也是十分优异的,所以它被认为是可能用于冲击波实验中的一种新光学窗口材料。因此,探究AlN在高压下的光学性质变化规律具有重要的科学价值。综上所述,本课题的研究内容和结论如下:（1）基于第一性原理方法,在700 GPa压力范围内计算了蓝宝石在高压下的光学性质,结果指明:1)Al2O3从CaIrO3结构转变为U2S3结构将使得其吸收谱主峰值强度增强、副峰值强度显著减弱、主副谱峰均红移以及光谱吸收边出现巨大的红移。2)结构相变将引起Al2O3折射率谱峰值强度减弱和谱峰数增加;同时,在波长为400-2000 nm的范围内,结构相变将导致Al2O3折射率显著增大。（2）计算了AlN理想晶体和含铝、氮空位点缺陷晶体在100 GPa压力范围内的光学性质。光吸收性质的计算数据表明:AlN从纤锌矿结构转变为岩盐矿结构的相变将不会改变可见光范围内的光吸收性（AlN的两个结构相在可见光区的光吸收系数都为零）,但AlN晶体内部出现的氮、铝空位缺陷却导致其岩盐矿结构相在可见光范围有较强光吸收性。波长在532 nm处的折射率计算结果表明:AlN从纤锌矿结构相转变为岩盐矿结构相将导致其折射率增加;铝空位缺陷将引起AlN岩盐矿结构相的折射率增大,而氮空位缺陷却导致其折射率降低。能量损失谱计算数据指明:结构相变使得AlN能量损失谱蓝移、主峰峰值强度增强;铝和氮空位缺陷将导致AlN岩盐矿结构相的能量损失谱主峰进一步蓝移、峰值强度再次增强。反射谱计算结果指明:AlN从纤锌矿结构转变到岩盐矿结构将导致其反射谱主峰峰值强度增强、谱峰数增加,并且结构相变将引起其波长在400-2000 nm范围内的反射率增大;氮、铝空位缺陷对岩盐矿相在200-2000 nm范围的反射谱有巨大影响。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王磊

导师: 何林

关键词: 高压,空位缺陷,结构相变,光学性质,第一性原理计算

来源: 四川师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,无机化工

单位: 四川师范大学

分类号: O469;TQ133.1

DOI: 10.27347/d.cnki.gssdu.2019.001099

总页数: 42

文件大小: 3383K

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