Zn，Al掺杂MgO属性的第一性原理研究
时间:2023-01-27 09:33 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要完美氧化镁（MgO）是一种非磁性宽带隙材料，其禁带宽度达到7。8eV。本篇文章采取了在密度泛函理论基础下的第一性原理方法，采用合适的作用势，系统计算了MgO单胞、MgO(2×2×2)超晶胞、单掺Zn和单掺Al的MgO (2×2×2)超晶胞的能带结构、电子的分波态密度以及总态密度，并对结果用Origin进行了画图分析。结果表明：纯MgO本身没有铁磁性，有一定的局域性，且在研究MgO能带结构性质时，超晶胞计算出来的结果要比单胞准确。单掺Zn后的MgO (2×2×2)超晶胞的带隙比未掺时小，因为Zn的掺入减弱了Mg、O的相互作用，使得MgO整个体系中的带隙减小，除此之外体系中同样没有铁磁性。单掺Al的MgO局域性减弱，带隙大小与未掺时相同。87212 毕业论文关键字：掺杂，MgO，第一性原理，能带结构，态密度 Abstract Perfect MgO is a nonmagnetic and wide band-gap material,and it’s band-gap has reached 7。8eV。 Using first-principles calculations based on density function theory and the appropriate pseudo-potentials, we systematically investigated the partial density of states, total density of states and band structure of the single cell of MgO, supercell MgO(2×2×2) and the supercell of Zn monodoping or Al monodoping。 And the results have been plotted by using the origin software。The results indicate that pure MgO is not ferromagnetic but there is a certain locality。 And if we want to study the band structure of MgO, we best to use supercell replace single cell。 Because of the doped of Zn, the interaction between Mg and O have been weakened, so the band-gap of Zn-doped in MgO is smaller than pure MgO。 In addition, the system of Zn-doped in MgO also hasn’t ferromagnetism。 Al-doped in MgO weaken the locality，but the band-gap is the same as pure MgO。 Keywords：doping，MgO，the first principles，band structure，density of states 目录 第一章 绪论。。。1 1。1 MgO材料及其属性1 1。2 MgO纳米材料的掺杂及其应用情况。。2 第二章算机计模拟方法。4 2。1 第一性原理方法发展状况。4 2。2 Schrodinger方程在第一性原理近似中的求解6 2。3 第一性原理方法在MgO相关属性研究中的应用7 第三章Zn、Al掺杂MgO属性的第一性原理研究。9 3。1 模型建立与计算方法。。9 3。2 结果与讨论。。9 结论。。16 致谢。。17 参考文献。。18 第一章 绪论 1。1 MgO材料及其属性 氧化镁（MgO）是立方晶系的一种，它所具有的面心立方晶体结构与NaCl的晶体结构相似，如下图1。1所示。我们都知道，固体时的的MgO是绝缘体，具有宽带隙和熔点高的特点，其禁带宽度达到7。8eV[1],是一种很典型的碱性宽带隙的金属氧化物，跟普通的碱性氧化物相同，MgO能跟铵盐溶液以及酸相溶，还能吸收空气中的CO2和水分。在各大领域中,MgO作为一种重要材料得到广泛应用。由于熔点高，MgO在制造耐火砖、陶瓷等耐火材料中具有广泛应用。MgO还具有非常好的热传导性、绝缘性等，在医学、电子等这些领域中具有广泛用途。在工业应用中，MgO还可以用作吸附剂或催化剂的载体。除此之外，MgO材料还具有较好的高温稳定性、化学特性和光透明性等，如果想要提高MgO的介电常数，我们可以将MgO制作成纳米薄膜材料，从而可以在微电子学、量子器件等领域中发挥重大作用。论文网 完美MgO晶体具有面心立方晶格的岩盐型结构，其中每个O离子周围有六个Mg离子，同样的，每个Mg离子周围有六个O离子。完美MgO是一种非磁性宽带隙材料，其中所有频带都被占用，在理论结果中，其带隙计算结果为4。5eV[2]，比实验值7。8eV[1]小得多。这种差异源于在计算过程中采用的广义梯度近似，我们可以采用剪刀近似进行校正。完美MgO的态密度如图1。2所示。很明显，完美MgO的总态密度是上下旋转对称的（图1的（a）），因此没有铁磁性。从图中可以看到，价带主要由O的2p态电子组成（图1的（b）），而导带主要由Mg的3s态电子组成（图1的（c））。 (责任编辑：qin) |