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Cd0.9375Co0.0625X（X＝S、Se、Te）电子结构的第一性原理研究及其在磁性、光学和热电器件中的应用
摘要： 本文研究了Co掺杂（xCo = 6.25%）CdS/Se/Te稀磁半导体的结构与电子特性，以理解其光学和热电特性。通过广义梯度近似（GGA）和修正的Becke-Johnson（mBJ）泛函计算电子性质并进行对比，以确定合适的电子参数。稳定的铁磁态被证实源于p-d杂化作用，该作用导致间隙位和非磁性位点产生磁矩。计算得出的直接带隙及交换常数（N0α和N0β）分别表明其在光电器件和自旋电子器件中的应用潜力。所研究化合物在可见-紫外能量范围内工作。热电响应随温度升高而改善，但Co掺杂会使其性能下降。这些化合物展现的多项重要物理特性，证明其在自旋电子、光电子和热电等技术领域具有重要应用价值。
关键词： 光学性质、铁磁性、稀磁半导体、热电性质、mBJ势
更新于2025-09-23 15:23:52
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压力下Sr3MN（M = Sb, Bi）的弹性、电子和热电性质
摘要： 我们通过第一性原理计算研究了Sr3MN（M = Sb, Bi）在压力下的结构、弹性、电子和热电性质。优化后的晶格参数与现有实验和理论测量结果高度吻合。两种化合物在15 GPa时发生脆-韧转变，且硬度随压力增加而降低。能带间隙随压力略微减小，在TB-mBJ势下均呈现半导体特性。费米能级处的态密度略有增加。考虑自旋轨道耦合效应会减小Sr3BiN的能带间隙。计算得出Sr3SbN和Sr3BiN在15 GPa和600 K时的塞贝克系数分别为257和142 μV/K。随着压力升高，声子散射增强导致两种化合物的晶格热导率均下降。预测Sr3SbN和Sr3BiN在15 GPa和600 K时的热电优值（ZT）分别为0.71和0.63。这些高压下的热电性能使其适用于热电器件应用。
关键词： 晶格热导率、压力效应、热电性质、电子性质、弹性性质
更新于2025-09-23 15:23:52
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载流子掺杂、带隙和电子弛豫时间在半导体热电性质玻尔兹曼输运计算中的作用
摘要： 尽管对材料热电性质的第一性原理预测需求日益增长，但玻尔兹曼输运计算中各类误差的影响不容忽视。我们以典型半导体（硅）为对象，在不同温度T下进行标准第一性原理计算与玻尔兹曼输运分析，通过改变带隙?g、电子弛豫时间?el和声子热导率?ph，揭示这些参数如何影响作为载流子掺杂水平函数的计算热电性质。双极传导会通过降低塞贝克系数S并提高有效洛伦兹因子Leff而大幅降低zT，这表明足够宽的带隙（数倍kBT或更高）对实现高zT至关重要。因此，第一性原理计算中常见的带隙低估可能导致窄带隙半导体计算出现重大误差。未计入佩尔帖热导率的电子热导率计算会使典型半导体的zT限制在1以下。要实现高zT，需要?ph/?el（反映材料作为声子玻璃-电子晶体的程度）保持较小值。将计算结果与实验热电性质拟合显示，根据温度T和样品差异，?el可在1011?至1011?秒范围内变化一个数量级，这说明对热电材料采用固定弛豫时间的做法并不恰当。
关键词： 玻尔兹曼输运计算、第一性原理计算、热电性质
更新于2025-09-23 15:23:52
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TiS?、ZrS?和HfS?的电子与振动特性：基于色散校正杂化密度泛函方法研究的周期性规律
摘要： 采用色散校正的杂化密度泛函方法研究了TiS2、ZrS2和HfS2的电子与振动特性，系统分析了能带结构、电子输运系数、红外与拉曼光谱及声子色散关系的周期性变化规律。与现有实验数据对比表明，该DFT计算方法适用于研究层间范德华作用较弱的过渡金属硫族化合物材料。研究发现D3色散校正中阻尼函数的选择具有显著影响。通过对第四族二硫化物周期性规律的系统研究揭示：由于TiS2中M-S键具有更强的共价性，其与ZrS2和HfS2存在诸多差异；而ZrS2与HfS2的差异主要体现在原子质量相关的性质上。三种化合物均呈现相似的塞贝克系数，但在面内与面外方向的相对电导率方面存在明显区别。实验还研究了薄层TiS2单晶的输运与振动特性。
关键词： ZrS2、HfS2、色散校正杂化密度泛函方法、热电性质、周期性趋势、振动性质、电子性质、TiS2
更新于2025-09-23 15:21:01
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具有间隙缺陷的体半导体中的热与电荷输运
摘要： 掺杂半导体中不可避免地存在间隙缺陷，这些缺陷支撑着现代电子、光电子和热电技术的发展。直到最近，借助第一性原理建模技术和强大的实验方法，我们才得以理解硅晶格中间隙原子稳定性及其键合机制。然而，不同天然存在的间隙原子对硅热学和电学性能影响的研究却少得多。本研究系统分析了随机分布的间隙缺陷（Si、Ge、C和Li）对块体硅热输运与电荷输运特性的影响。通过原子尺度晶格动力学和分子动力学研究发现：间隙缺陷会散射载热声子从而抑制热传导——仅1.56%随机分布的Ge和Li间隙原子就分别使硅的热导率降低约30倍和34倍。运用第一性原理密度泛函理论和半经典玻尔兹曼输运理论，我们计算了1.56%中性Ge、C、Si和Li间隙原子（处于能量最优的六方、四面体、分裂间隙及键中心位点）在块体硅中的电子输运系数。研究表明六方构型Si和Ge间隙原子对电荷输运影响最小。作为实际应用示例，我们预测了含有不同对称位点Ge间隙原子的可制备块体硅样品的热电特性。本研究建立了制造工艺决定的结构变异性与硅热/电输运特性之间的直接关联，为准确评估硅基材料在不同技术应用中的性能提供了指导。
关键词： 电子输运、热电性质、间隙缺陷、硅、热导率
更新于2025-09-23 03:35:20
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C60氧化物的温度和压力诱导拉曼研究
摘要： 我们展示了通过光解法制备的C60氧化物（C60O）薄膜的温度、激光功率和压力依赖性拉曼光谱分析。评估了一阶温度、激光功率和压力对拉曼频率的影响系数，并用于计算C60O的热导率。测得其热导率为0.7 W m-1 K-1，略高于块体C60。对应于C-O和C-C键的拉曼频率随温度降低发生蓝移，这归因于C60O分子的热收缩。通过密度泛函计算优化了C60O结构，实验测得的不同温度下拉曼位移证实了C-O键长的收缩，并据此计算出C60O的线性膨胀系数。研究还阐明了压力诱导的C60O团簇压缩与聚合现象。该工作揭示了C60O团簇中热学与力学转变的相互作用，这种相互作用可能通过调节分子间相互作用来调控其热电性能。
关键词： 压力依赖性、热电性质、拉曼光谱、热导率、C60氧化物、激光功率依赖性、温度依赖性
更新于2025-09-09 09:28:46
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Cu4SnS4中热振动诱导的Cu原子大位移与相变之间的关联：第一性原理研究
摘要： 对Cu4SnS4进行了第一性原理（FP）计算和第一性原理分子动力学（FPMD）模拟，以阐明其高温相（HP）与低温相（LP）在232 K发生结构相变的起源——该相变导致实验测得Cu4SnS4传输性质出现剧烈变化。FP与FPMD计算结果表明：该相变的关键驱动力并非所谓软模冻结效应，而是特定位置铜原子因热振动产生大尺度位移所致。实际上，四面体配位的CuS4结构在高温相中因铜原子热振动效应而稳定存在，而三角平面环境的CuS3结构则在低温相中更稳定。
关键词： 第一性原理计算、分子动力学模拟、热电性质、电子结构、相变
更新于2025-09-09 09:28:46
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新合成硫属化合物K2Cu2GeS4的弹性、电子、光学及热电性质的第一性原理研究
摘要： 本文报道了新近合成的硫族化合物K2Cu2GeS4的弹性、电子、光学及热电性能。结构参数与实验结果高度吻合。计算获得的单晶弹性常数(Cij)表明该材料具有力学稳定性。电子能带结构分析揭示其半导体特性且与实验相符。我们详细计算并讨论了介电常数、折射率、吸收系数、光电导率、反射率和损耗函数等重要光学参数，发现光学电导率与能带结构计算结果定性一致。在研究温度范围内，采用TB-mBJ势函数计算的Seebeck系数介于~450至~200 mV/K之间。层状结构的K2Cu2GeS4表现出各向异性电导率和电子热导率。使用TB-mBJ势函数计算得到800K下沿xx轴方向的功率因子和电子热导率分别为~6 mWcm?1K?2和0.578 Wm?1K?1，对应热电优值为0.81。结果表明K2Cu2GeS4是极具潜力的热电器件应用材料。
关键词： 电子性质、光学性质、弹性性质、热电性质、K2Cu2GeS4
更新于2025-09-09 09:28:46