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θ-Al??Fe?的本征缺陷与电子性质：一项第一性原理DFT研究
摘要： θ-Al13Fe4展现出丰富的晶体物理特性。该材料包含二十种晶体学不同的原子种类，具有多样的化学配位环境。理解其结构与物理性质是控制其形成与应用的前提。本研究采用第一性原理密度泛函理论方法系统探究了θ-Al13Fe4的本征缺陷。计算表明，在各类本征缺陷中，铁取代铝原子在热力学上最为有利，但仅发生在十五个铝位点中的三个。由此建立的新结构模型Al68Fe24(Al, Fe)4(Al, Fe)2(Al, Fe)4（罗马数字代表铝位点）更新了当前基于部分铝位点空位形成的热力学模型。计算证实铁元素的引入会诱发磁性并导致团簇化现象。研究揭示了晶格参数随铁浓度的变化规律，成功解释了文献中的实验数据。这些发现为理解θ-Al13Fe4的形成机制、物理特性及其在铝合金凝固过程中的作用、产品微观组织及相关力学性能的调控、以及有机反应催化等方面提供了重要依据。
关键词： 磁性能、密度泛函理论计算、本征缺陷、θ-Al13Fe4相、相稳定性
更新于2025-09-23 03:00:04
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基于局域和杂化密度泛函理论计算的LiNbO?中Bi掺杂剂与本征缺陷的相互作用
摘要： 采用局域和杂化密度泛函理论研究了Bi掺杂剂（包括Bi取代Li位点形成的BiLi和Bi取代Nb位点形成的BiNb）与铌酸锂中本征反位缺陷（NbLi）及Li空位（VLi）的相互作用。本研究构建了三种电荷补偿缺陷团簇模型（BiLi4++NbLi4++8VLi-、BiLi4++4VLi-和BiLi0+4VLi-+BiNb4+）以探究Bi浓度的影响。系统分析了最稳定团簇构型、团簇中Bi掺杂稳定性以及Bi与本征缺陷间的电子态相互作用。研究发现：在近化学计量比LiNbO3中，BiLi4+比NbLi4+具有更强的电子捕获能力；随着Bi掺杂浓度增加，BiLi掺杂诱导的局部晶格畸变和电子捕获行为保持不变，但带隙中Bi缺陷态位置发生偏移。该现象主要源于大量Li空位引发的显著晶格弛豫，而非Bi与本征缺陷直接作用导致的离子能级重排。
关键词： LiNbO3、铋掺杂剂、晶格畸变、缺陷团簇、本征缺陷、密度泛函理论、电子俘获
更新于2025-09-23 23:19:49
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基于第一性原理的不完美晶体光伏效率上限
摘要： 肖克利-奎塞尔（SQ）极限为基于光吸收层带隙预测太阳能电池的光电转换效率提供了便捷的评估标准。实际上，鲜有材料能达到这一辐射极限。我们建立了一套理论框架和计算方法，从第一性原理出发预测非理想晶体的最大光伏效率。受陷阱限制的转换效率包含本征缺陷的平衡浓度、其载流子俘获系数及相应的复合速率。应用于铜锌锡硫硒（kesterite）太阳能电池时，我们揭示了Cu2ZnSnSe4存在20%的内在效率极限，远低于32%的SQ极限。通过研究原子替代效应和外源掺杂影响，我们找到了实现31%效率提升的可行路径。该方法可为未来太阳能技术中的靶向材料选择提供理论支持。
关键词： 复合速率、锌黄锡矿太阳能电池、肖克利-奎伊瑟极限、本征缺陷、载流子俘获系数、光伏效率
更新于2025-09-19 17:13:59
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化学、分子科学与化学工程参考?？?|| 氧化铝、氧化铪和氧化钛超薄膜中的界面电势、本征缺陷与钝化机制
摘要： 为了在提供表面反应活性中心、表面钝化或调节表面电位等方面定制界面特性，超薄金属氧化物表面涂层具有重要意义。本文报道了通过原子层沉积（ALD）制备的Al2O3、HfO2和TiO2超薄膜在上述方面的适用性。我们选择这些金属氧化物是因为它们应用广泛：HfO2是微电子器件中替代SiO2的主要候选材料[1,2]；Al2O3 ALD薄膜已应用于硅基[3]及近年钙钛矿太阳能电池[4]的钝化方案；TiO2则在阻变器件[5]以及太阳能电池[6]、水分解装置[7,8]等能量转换应用中作为活性/非活性层具有吸引力（仅举数例）。ALD技术的优势包括：(i) 精确控制厚度以优化光吸收（耗尽层范围内）与电荷分离（更薄厚度）之间的平衡[7]；(ii) 高保形性可覆盖复杂结构并增强光吸收[7]；(iii) 通过掺杂W[7]或N[9,10]调控带隙窄化，从而实现可见光吸收。
关键词： Al2O3、HfO2、TiO2、超薄膜、界面势、本征缺陷、钝化机制、原子层沉积
更新于2025-09-04 15:30:14