《基於絕對形變勢的共軸納米線的能帶設計》是依託上海大學，由李擁華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於絕對形變勢的共軸納米線的能帶設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李擁華
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
絕對形變勢是描述電子－聲子相互作用以及能級位置隨晶格體積變化的一個重要物理參數，在量子阱和納米晶材料的能帶設計中有重要套用。本項目中我們通過採用同質超晶格以及晶體Harmonic函式展開的方法，成功解決了第一性原理計算中兩個不同體系之間的能級不能直接比較的歷史難題，並給出了計算各種非極性以及極性半導體絕對形變勢的方法，使得絕對形變勢作為一種新的物理參數在將來的材料設計中可以發揮重要作用。本項目中我們將計算所有II-VI、III-V、IV以及部分金屬氧化物半導體導帶底和價帶頂的絕對形變勢，並根據計算的絕對形變勢進一步計算各種半導體材料在平衡體積下的能帶偏移。通過分析兩兩半導體材料導帶底和價帶頂的相對位置，以及共軸納米線內外殼層的形變對導帶底和價帶頂能級位置的影響，從各種半導體材料中選擇合適的內外殼層材料，使這種共軸納米線能夠套用於可見光催化分解水。
結題摘要
在本項目資助下完成了共軸納米線可見光催化分解水的能帶設計。通過計算得到的IV，III-V和II-VI半導體平衡體積下導帶底和價帶頂的相對位置，我們對所有滿足條件的半導體材料進行篩選。利用絕對形變勢數據對形變引起的能帶位置變化進行計算，找到了幾組滿足可見光催化分解水的共軸納米線材料：AlN/AlAs(1.8eV), GaN/GaP(1.5eV) , GaN/InN(1.8eV), CdS/CdSe(2.1eV), ZnSe/CdSe(1.9eV)。其最小帶隙都在可見光範圍，同時導帶底和價帶頂的位置也和水的氧化還原電位匹配。其中GaN/InN和ZnSe/CdSe最有希望，InN實驗測得的帶隙要小於理論值，而ZnSe和CdSe可以組成ZnCdSe的三元化合物，可以更靈活的調節帶隙。對於氧化物半導體，我們認為基於界面的中間帶設計是最可行的方案。本項目主要對Si和ZnO兩種半導體材料的界面進行了研究。計算了Fe在Si sigma3(112)晶界的分凝，發現Fe原子處於晶界五環頂端的替代位置，和實驗觀察一致，分凝能為0.36eV。Fe原子在晶界的分凝，自發的形成穩定的Fe-Si原子鏈。在鐵磁有序情況下，晶界表現出半金屬性質，自旋向下帶隙為0.20eV。在ZnO sigma7晶界的研究中發現，晶界處O原子的懸掛鍵在帶隙中產生深能級，對載流子複合產生影響。Oi進入晶界後和界面O的懸掛鍵成鍵，發生電荷轉移，並在帶隙中形成深能級。在p型情況下，Oi的電荷完全被晶界O原子禁止，並不會如文獻報導中的在界面層產生肖特基勢壘。Vzn在界面處的形成能下降1.9eV，接近0eV，甚至比施主Ho的形成能還低0.20eV。意味著在熱力學平衡下晶界處有大量Vzn產生。從電離能看，界面處Ho的電離能變大，為0.25eV，不能有效給導帶提供電子。在考慮界面能帶偏移的影響後 ，Vzn為淺的受主。我們認為Vzn是ZnO界面p型導電層的真正起源。
