镧系掺杂ZnO的电子结构和光学性质  

Electronic Structure and Optical Properties of Lanthanide Doping ZnO

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作  者:白玲玲 林志萍[1] 董华锋[1] 吴福根[2] Bai Ling-ling;Lin Zhi-ping;Dong Hua-feng;Wu Fu-gen(School of Physics and Optoelectronic Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China;School of Materials and Energy,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China)

机构地区:[1]广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州510006 [2]广东工业大学材料与能源学院,广东广州510006

出  处:《广东工业大学学报》2021年第2期66-72,共7页Journal of Guangdong University of Technology

基  金:国家自然科学基金资助项目(11604056);广东省自然科学基金资助项目(2018A030313272)。

摘  要:通过第一性原理计算研究了镧系元素掺杂ZnO的电子结构和光学性质。结果表明:单层ZnO中掺杂形成能低于体ZnO的形成能。较Zn原子而言,具有更大原子半径的镧系原子的引入使得掺杂后的ZnO的晶格常数变大。镧系元素的4f电子与O的2s和Zn的3p、4s轨道电子的杂化使非磁性的ZnO在掺入单个镧系原子后呈现出一定的铁磁性。镧系元素掺杂ZnO使体系的价带和导带之间出现了杂质能级,这使带隙减小从而提高了ZnO的导电能力;Eu/La/Ce掺杂ZnO的光吸收谱在近红外区域出现了新的吸收峰。随Eu/Ce-Oi双缺陷的形成,氧间隙明显地改变了ZnO的光学性质。The electronic structure and optical properties of lanthanide doping ZnO are investigated by firstprinciples calculation.The formation energy of lanthanide doping in SL(single-layer)-ZnO structure that is lower than in bulk-ZnO structure.The magnetism of ZnO will change along with single lanthanide atom doping from nonmagnetic to ferromagnetic,which roots in orbital hybridization of 4f of lanthanide,O-2p and Zn-3p and-4s.Impurities level formed in CBM(conduction-band minimum)or VBM(valence-band maximum)along with lanthanide doped will reduce the band gap and improve the conductivity of materials.For Eu/La/Ce doping ZnO,new absorbing peak will be formed in infrared regions,and Eu/Ce-Oi double defects will obviously improve its optical properties.

关 键 词:镧系掺杂ZnO 电子结构 光学性质 缺陷对 

分 类 号:O469[理学—凝聚态物理]

 

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