一维硅纳米线因其较大的表面体积比、较高的各向异性、特殊的结构而具有与传统的体硅材料完全不同的特性。又因其能与当前半导体硅技术良好的兼容，因此得到了研究者的极大关注。掺杂和引入缺陷是调制硅纳米线电子性质的重要手段。通过不同元素、不同位置的修饰，可以极大地改变硅纳米线中载流子的浓度以及硅纳米线自身的结构，从而产生新奇的物理性质。掺杂改性的硅纳米线在纳米电子器件、自旋电子器件等领域有着重要的应用前景。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，对具有壳层结构的横截面为重叠五边形和重叠六边形的硅纳米线进行了3d过渡金属(Mn, Fe, Co, Ni)原子的掺杂研究。通过基于密度泛函理论的第一性原理计算，对具有该类壳层结构硅纳米线的结构稳定性、电学性质、磁矩进行了系统研究。能量计算结果表明，所有研究的结构包括边缘掺杂、中心掺杂以及外壳层掺杂的硅纳米线都可以稳定存在，且采用中心掺杂的结构具有最高的稳定性。通过对能带的分析，我们研究的所有掺  (本文共62页)  |

本文采用第一性原理计算的方法研究了钴团簇、Au团簇的结构和硅纳米线的掺杂,探讨了纳米结构和电子行为的关系。具体内容包括以下部分：第一章介绍了第一性原理计算方法。包括密度泛函的理论基础、赝势方法以及VASP程序中求解Kohn-Sham方程使用的平面波方法和变分使用的两种优化方法。第二章研究了Co13-Co23的结构。我们提出一种具有块体堆积方式的层状结构类型。相比以前被广泛接受的基于正二十面体的结构,层状结构具有更高的稳定性,也由于较低的密堆程度而有更强的自发磁化。层状结构的结构转变和绝热离化能都与光电子谱实验的信息吻合。这表明Co团簇在尺寸很小的时候就已经形成了块体结构。计算表明,磁性是层状结构获得较高稳定性的原因。第三章研究了含有50多个原子的Au团簇的结构。我们发现,较大尺寸Au团簇的结构依然受到相对论效应的强烈影响,表现为sd杂化引起的表面键长的收缩。这一效应导致了Au55及更大尺寸的团簇不能保持对称性较高的结构,而变为无... 

1.引言由于纳米硅材料在硅基光电子器件、全硅光电子集成技术以及太阳能电池中具有潜在的应用前景[1],从而引起人们广泛关注.纳米硅材料具有硅纳米晶粒[2—4]、硅纳米管[5]、硅纳米线等微结构,其中硅纳米线具有许多不同于其他低维半导体材料的新颖光电特性,有望在场发射器件、光探测器件、纳米传感器和高效发光器件中发挥重要作用[6—8].然而,由于硅纳米线的量子限制效应,导致禁带宽度增大[9],这对提高器件的工作速度是不利的.通过掺杂既可以改变材料的导电特性和发光中心,又可以利用杂质原子与硅原子具有不同的原子半径所产生的应变作用,控制其生长模式和杂质浓度,可获得特殊性能的硅材料,为提高器件性能提供了新途径.近年来,人们对掺杂硅纳米线的各项性能研究取得了一定进展[10],且利用掺杂硅纳米线制备一些纳米电子器件[11,12].最近有研究者将镍作为深能级杂质掺入硅中,形成的镍硅合金纳米线具有很低的电阻率,并且能和金属电极形成稳定的欧姆接触[1... 

1引言锂电池是当下世界上公认的理想能源;广泛应用于现代通讯(如移动电话)、IT和便携式电子产品(如数码相机、摄像机、笔记本电脑等),在新能源汽车、电能质量调节以及分布式电站等方面具有广阔的应用前景;是电动汽车和电力系统首选的动力电池和储能电池[1-6].而锂电池的正极材料是制造锂电池的关键,直接影响到电池的安全性以及能否实现电池的大型化;同时,也是决定其性能和价格的主要因素.所以锂电池正极材料的研究受到许多发达国家的高度重视,也是我国重点扶持的高新技术研究领域.二十世纪九十年代Padhi等[7]首次发现橄榄石型Li Fe PO4可以成为电池材料以来,因其具有较高的理论容量(170 m A·h/g)、优良的循环性能等优良性质而被公认为锂离子电池正极材料的首选,但由于Li Fe PO4本身电子电导率低,锂离子扩散系数小,导致材料大电流放电性能差,从而限制了它的发展与应用.我们知道,掺入少量的金属元素不仅可以有效地提高磷酸铁锂电池的比...  (本文共5页)

自2004年单层二维材料-石墨烯成功制备以来,二维材料的研究呈现爆炸式的增长趋势。二维材料展现出不同于体相的各种新奇性质,在未来的光电器件、自旋电子学、量子能源、催化等领域具有广阔的应用前景。寻找新的二维材料,探索其特殊的物理、化学性质,并对其进行调控,成为近年来低维材料领域的一个研究热点。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,预言了一系列新型二维单层材料,探索了对黑磷烯及锡烯的电子结构和磁性进行调制的有效途径。本文的研究内容分为四部分,简要概括如下:(1)采用粒子群优化算法的结构搜索(CALYPSO)结合基于密度泛函的第一性原理计算,研究了基于VI族元素的二维材料的结构和性质。预言了一类由类金属元素Te构成的新型VI族二维材料-碲烯。它具有类1T-MoS2结构(α-Te)、正交结构(β-Te)、类2H-MoS2结构(γ-Te)三种不同的同素异构体。这类包含三个原子层的新型二维材料的形成机制源于类金属Te元素自身的多价特性。... 

【摘要】：采用平面波展开方法计算由介质球构成的面心立方三维光子晶体的能带结构及透射性质.选用合适的平面波个数研究了SiO2蛋白石结构光子晶体的能带及透射性质,并采用转移矩阵方法计算了电磁波沿[111]方向的传输特性,两种方法得到的结果相符合.还研究了反蛋白石结构光子晶体的全带隙.最后,研究了壳层介质球构成的面心立方结构光子晶体的能带特性,发现在高介质球外面包裹适当厚度的低介电常数介质壳层所构成的光子晶体,可以增大L点相对带隙宽度50%,并证明了其优化内外半径比值约为0.69.