Zn_2SiO_4电子结构及光学性质的第一性原理计算

河 北 科 技师 范 学 院 学 报
２ ４卷
１ ２ 计算 方法 ．
本研 究所有 的计 算 都 是 由 Ｍａ ｒｌ ｔｄｏ ． ｔｉ ｕｉ４ ０中的 Ｃ ＳＥ ｅａｓ Ａ Ｔ Ｐ软件 （ ａ ｒ ｇ ｅｕｎａ ｔａ ｅｅｇ Ｃｍｂ ｄｅｓｑｅｔｌｏ ｌ ｎｒ ｉ ｉ ｔ ｙ ｐｃａｅ ３完 成的 。Ｃ ＳＥ ａｋｇ）ｔ ］ Ａ Ｔ Ｐ软 件是一 个基 于密度泛 函方 法 的从 头 算量子 力学 程序 。利 用总 能量 平面
然而， 对三斜结构的 Ｚ ：ｉ ｎＳ 光学性质方面的研究还未见报道。鉴于此 ， Ｏ 本研究采用 目前计算机模 拟实验中较先进 的基于密度泛函理论 （ Ｚ ） Ｄ ｒ 的赝势平面波方法对三斜结构 的 Ｚ ｉ 的能带结构 、 ｎＳ Ｏ 态 密度 、 电 函 数 、 射 率 及 吸 收 系数 、 电 导 率 介 折 光
河北科技师范学 院学报
第２ ５卷第 ２期 ，０ １ ６月 ２１ 年
Ｊ ｕ ａ ｏ ｈ ｉＮ ｒ ｏ ｒ ｌ ｆＨｅ ｅ ｏ ｍ￣ Ｕｎ ｖ ｒｉ ＂ ｆＳ ｉｎ ｅ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ １ ２ ｏ ２ Ｊ ｎ． ０ ｎ ｉｅ ｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｙ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｖｏ ． ５ Ｎ ． ｕ ２ １ １
价带主要是 由 ｚ ｎ的 ３ ｄ态 电 子 和 ０ 的 ２ Ｐ态 电子 构 成 ， 带 在 ６ ５～ ． ｖ 间 ， 主 要 贡 献 的是 ｚ 导 ７ ５ｅ 之 起 ｎ的 ３ ｐ和
４ 态 电子 ； 光学性质计算表 明，ｎ ＳＯ ｓ 对 Ｚ ｉ 的静态介 电常数 ｓ （ ）＝１ ７ ３ 折射 率 ｎ ＝３ ３ ， Ｏ ．９ ， ｏ ．５ 吸收系数最大 值
摘 要 ： 用 基 于 第 一 性原 理 的密 度 泛 函理 论 （ Ｆ 赝 势 平 面 波 方 法 ， 三 斜 结 构 的 Ｚ ｉ 的 能 带 结 构 、 密 使 Ｄ Ｔ） 对 ｎＳＯ 态
度和光学性质进行 了理论计算 。能带计算结果表明 ， ＳＯ ｚ ｉ。是具 有能 隙为 １ ０６ ｅ ．８ Ｖ的直接带 隙半导体 ； 其
＝
１ ３ ５ ｎｍ ， ．９ ｃ＝０． ３１ ｍ ＿ ９ ｎ Ｉ 引
。
该 汁算 体 系 中总
共 ４ 原子 ， 别为 ：４个 ０原子 ， ２个 分 ２ ６个 ｓ原 子 ｉ
和ｌ ２个 ｚ ｎ原 子 ， 晶胞 结 构如 图 １所示 。
图 １ Ｚ ｉ 晶体结构示 意图 ｎＳＯ 基金项目 ： 河北科技师范学 院科研创新 团队基金资助项 目（ 目编号 ： Ｘ Ｄ ０ ００ ） 项 Ｃ Ｔ ２ １ －２ 。 ． ｝通讯作者 ， ， 男 副教授 。主要研 究方向 ： 土荧光 材料 。Ｅ 一 ｉ ｚｗ ｑ ｄ ６ ．ｏ 。 稀 一 ａ ：ｈ ｇ ｈ ＠１３ ｃｒ ｍ ｄ ｎ 收 稿 日期 ： ０ ０１ －２ ２ １ ・１０ ；修 改 稿 收 到 日期 ： ０ １ ４ ２ １ ０３ ） ９
等 光学 性质 进行 了全面 的计算 ， 并对其 机理 进行 了较 为详细 的分析 。因此 ， Ｚ ｉ 的 电子 结 对 ｎＳＯ
构和光学性质研究显得尤为重要。
１ 理论模型和计算方 法
１ １ 理 论模型 ．
选 用 的 计 算 模 型 是 具 有 三 斜 结 构 的 Ｚ ：ｉ 它 属于 Ｒ一 ｎＳＯ ， ３的空 间群 ， 晶格 常 数为 ａ＝ｂ
８ ５ ０ ｃ ｌ’ 。 ． ６ ＸBaidu Nhomakorabea１ ｎ 。
关键词 ： ｎＳＯ ； Ｚ ２ ｉ 第一性原理 ； 电子结构 ； 光学 性质
中图 分 类 号 ： Ｇ １ ． Ｔ １５ ２ 文 献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６２ ９ ３ ２ １ ）２０ １ －５ １７ ３ ８ （０ １ ０ －０ ７０
的硅 酸盐 ， 一个单 独 的硅 氧 四面体 与 ｚ ｎ离子结 合形 成互不 相连 接 的孤 立 四 面体 。荧 光 显示 ｚ ：ｉ ４ ｎｓｏ 对 ２ ４ｉ 的紫 外 光有 很 微弱 的吸收 ， ４ ｍ ｌ 并在 ２ ２ｌ ５ ｍ处 发 出极 微弱 的荧 光 ｕ 』 ｑ 。
国外 ，． ｈ Ｋ ｒｚａｏ ＿采 用 局域 密度泛 函理论 对 四方 和 立方 结 构 的 ｚ ：ｉ４ 行 了电子 结构 ＳＺ ． ａａｈｎｖ等 ８ ｎｓｏ 进 和光学 性质 等的计 算 ， 计算 表 明禁 带宽 度在 ２２ ４ １ Ｖ之 问 。还有 一些 研究 者 在 Ｚ ：ｉ 掺杂其 ．２～ ．８ｅ ｎＳＯ 里 它离子 ， 采用 第一 性原 理进 行 了计 算 。例 如 ， ． ． ｉ ｒ Ｋ Ｃ Ｍｓ ａ等 采 用 第 一 性 原理 的 方 法 研究 了掺 杂 Ｍｎ ｈ 离子的 电子结 构 ， Ｄ Ｐｒ ¨ 用第 一性原 理 的方法 研究 了掺杂 ｃ Ｈ． ． ａ ｋ等 叫采 ｏ离子 的 电子结 构 和光致 发 光效 应 。在 国 内 ，ＨＡ Ｇ Ｈ ａｌ采 用 局域 密度泛 函 理论 和第 一性 原 理 的方 法 ， Ｚ Ｎ ｕｌ ¨ 汁算 四方结 构 和 三斜 结构 硅 酸锌 的平衡 晶格 常数 、 电子 态 密度 和能带 结构 ， 能带计 算表 明 ， 三斜 结构 硅 酸锌均 为 直接带 隙半导体 ， 禁 带 宽度 ２ ８ Ｖ。 ．９ｅ
Ｚ ２ ｉ４电子 结构 及 光 学性质 的第 一 性 原 理 计算 ｎ ＳＯ
张志伟’潘 勇 ， ， 廉 琪 沈喜海 邵丽君 张卫 国 ， ， ， ，
（ １河北科 技师范学 院理化学 院 ， 河北 秦皇 岛，６ ６０ ２昆 明贵金属研究所 ； 山大学 材料科 学与工程学院 ） ０６ ０ ； ３燕
Ｚ ｉ 为发 光材 料 ， ｎ ＳＯ 作 与硫 化物 发 光材 料 （ Ｚ Ｓ ＳＳ等 ） 比， 境 适 应 性 强 ， 学 稳 定性 好 ， 如 ｎ ，ｒ 相 环 化 抗
湿性 强 ， 而且 易于制 备 ， 格 低廉 ， 价 因此在 发光材 料研究 中倍 受关 注 。Ｚ：ｉ 一 类含有 有 限硅氧基 团 ｎＳＯ 是